被动式微混合器的数值研究及优化

发布时间：2017-07-20 02:22

  本文关键词：被动式微混合器的数值研究及优化

  更多相关文章： 被动式微混合器 SHM 沟槽 雷诺数 Sc数 混合不均匀度

【摘要】：被动式微混合器是微系统领域的一个热门的问题,本文应用计算流体力学的方法对简单直通道微混合器、交错人字型微混合器两种典型的被动式微混合器进行数值模拟及优化,探究其混合机理和性能。对于简单直通道微混合器(SCM)结构,实现混合的原因就是依靠流体分子间的扩散。雷诺数(Re)不变时,Sc数越小,混合质量越好；Sc数不变时,Re数越大,混合质量越差；且Re数越大,不同Sc数情况下的混合不均匀度的值越接近,混合不均匀度值的波动对较高雷诺数不敏感。对于交错人字型微混合器(SHM)结构,其内部由于沟槽的结构呈现出一种具有共存且周期性交替出现的一大一下两涡的双螺旋流动；混沌对流效应大大提高了混合效率,使其混合质量远高于SCM；选取非对称度与沟槽角两种几何参数进行研究,验证了使混合质量较高的最优参数组合。对SHM进行优化,得到了一种新的结构,证明其混合效果好于传统SHM,并且双壁面沟槽SHM的混合质量比前两者都要好；对于SHM这种混沌对流式微混合器,混合完成不仅依靠扩散,更得益于混沌对流。在低Re数情况下,Sc数和Re数越小,混合越容易,Sc数的数量级变大以后,扩散系数急剧减小,扩散作用对混合的影响程度减小,混沌对流效应变成混合达到充分的主导原因；Re数的增大使流速增大,导致流体分子间的接触时间和面积变短,扩散作用变得不再明显,此时混沌对流影响较大。
【关键词】：被动式微混合器 SHM 沟槽 雷诺数 Sc数 混合不均匀度
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 微混合器的研究现状12-25
• 1.2.1 微混合器及其分类12
• 1.2.2 被动微混合器的类型12-18
• 1.2.3 主要研究方法及存在的问题18-25
• 1.3 研究内容及意义25-26
• 1.3.1 研究内容25
• 1.3.2 研究意义25-26
• 2 微流体及微混合的基本理论26-32
• 2.1 微尺度和微混合的基本理论26-27
• 2.1.1 微尺度基本理论26-27
• 2.1.2 微混合基本理论27
• 2.2 微流体力学的基本概念27-30
• 2.2.1 基本概念28-29
• 2.2.2 相关无量纲准数29-30
• 2.3 基本方程30
• 2.4 小结30-32
• 3 简单直通道微混合器的数值研究32-40
• 3.1 几何模型和物理模型32-33
• 3.1.1 几何模型32-33
• 3.1.2 物理模型33
• 3.2 数值计算结果分析33-38
• 3.2.1 定Re数条件下Sc数对混合的影响34-36
• 3.2.2 定Sc数条件下Re数对混合的影响36-38
• 3.2.3 微通道内的压降分析38
• 3.3 小结38-40
• 4 SHM的数值研究40-48
• 4.1 几何模型与网格划分40-41
• 4.2 数值计算及结果分析41-47
• 4.2.1 SHM内混合形态分析41-45
• 4.2.2 几何参数影响45-47
• 4.3 小结47-48
• 5 优化SHM结构的数值研究48-56
• 5.1 几何模型48-49
• 5.2 数值计算及结果分析49-55
• 5.2.1 定Re数条件下Sc数对混合的影响50-53
• 5.2.2 定Sc数条件下Re数对混合的影响53-54
• 5.2.3 微通道内的压降分析54-55
• 5.3 小结55-56
• 6 总结与展望56-59
• 6.1 总结56-57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-62

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1 高放;被动式微混合器的数值研究及优化[D];浙江大学;2016年

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本文编号：565891