几种微混合器混合机制的对比研究

发布时间：2020-08-04 12:21

【摘要】：在制备性质稳定的高分子合成物的过程中,关键的一步就是实现不同浓度组分间的高效混合,近些年随着小尺度研究的兴起,有关微混合器的研究也得到了快速发展,被动式微混合器由于制作简单、尺寸小、重量轻且性能稳定可靠等优势而在包括生物工程、制药行业、食品加工等众多领域得到了广泛应用。本文主要研究不同微混合器的混合机制,雷诺数在0.38~40这一范围内变化时溶液的扩散对流效应强度也随之变化,与流率比相比,雷诺数对混合效率的影响更大。本文还引入统一的评价机制,以相同的量化标准计算模型的混合指数、沿程压力损失,以微通道截面上的涡量表征二次流强度,综合对比不同微混合器的差异,发现Bas-relief模型相对Bas-groove模型混合效果更好,将Circle模型与Tesla模型进行对比发现,若分离-聚合子通道内溶液的动能差距太大将无法达到预期的碰撞效果,同时改进Tesla模型,发现Modified-Tesla模型比Tesla模型的混合效率更高,结合Spiral模型发现单通道结构有利于混沌流的积累效应,从而有效促进溶液的混合,除了数值模拟,我们还进行了荧光显微实验,使本文的研究结果得到了有效的验证,同时发现前人研究中的结论缺陷,并对此进行了补充说明,最后进行了预制动单层和双层斜槽模型的探索性研究。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH69
【图文】：

荧光剂的溶液和纯水分别从竖直的两个入口（入口 1、3）和水平入口（通入，并在三个入口的交汇出汇聚成一股流体，正如前文提到的，在三个通道中形成了双重可调节间距的混合交界面促进混合。微通道的整体设个部分，基础部分：流体动力聚焦系统，三个入口和出口截面面积均为 0..11mm（W X H）；主通道结构如图 3-1 中 b-c 所示。四种模型的主通道流径主通道内的流程）也统一为 7.8mm，在给定流率下，流径越长，溶液在更多的时间进行扩散和对流，混合效果越好。Spiral 模型有两个双螺旋 3-1c。二次流原理表明：迪恩数 0.5Reh sDn r r 可作为量化指标，计算横向，其中hr 为通道截面的水力半径，sr 为流径的曲率半径，Spiral 模型他模型，迪恩数最大，二次流效果最明显。Circle 模型由于子通道较窄曲率半径较大，二次流效应较弱，主要通过扩散以及五个聚合式环形单称流之间的碰撞效应促进混合。类似地，溶液流过 Tesla 模型的每一个分单元，流动方向都会急转 90 度，经过十次碰撞效应的累积以后，混合效

图 3-1 b）SHM 模型的结构示意图Fig. 3-1 b) Schematic of SHM model图 3-1 c）Spiral 模型的结构示意图Fig. 3-1 c) Schematic of Spiral model

c）Spiral模型的结构示意图

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