基于對數(shù)螺旋線的新型被動式微混合器混合性能.pdf

1、近十幾年來，工程上的設(shè)備越來越趨于微型化，出現(xiàn)了微泵、微閥、微換熱器、微混合器、微傳感器等微型設(shè)備。根據(jù)需要將數(shù)個微型設(shè)備組合在一起就構(gòu)成了微機電系統(tǒng)。微混合器作為微機電系統(tǒng)中的一部分，在生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測、化工反應(yīng)、新能源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如何實現(xiàn)不同組分流體間的快速混合，是微混合器研究的一個重點。
　　本文提出一種由對數(shù)螺旋線組成的被動式微混合器。該微混合器的流道是由兩條對數(shù)螺旋線構(gòu)成，對數(shù)螺旋線的極角的取值范圍為0°到1

2、80°。該結(jié)構(gòu)主要是通過對數(shù)螺旋線擾動流體，產(chǎn)生漩渦流，增加流體間接觸面積，從而促進流體混合。本文用CFD軟件分析了該微混合器在不同雷諾數(shù)下的混合性能，雷諾數(shù)的取值范圍為0.2到100，選擇層流模型進行數(shù)值模擬。首先研究了微混合器的出口混合指標隨雷諾數(shù)的變化情況，結(jié)果顯示當(dāng)雷諾數(shù)小于3時，隨雷諾數(shù)的增加微混合器的出口混合指標逐漸減小;當(dāng)雷諾數(shù)大于3小于20時，出口混合指標隨著雷諾數(shù)的增加而增大;雷諾數(shù)大于20小于35時，流體處于不穩(wěn)定區(qū)

3、域，隨著雷諾數(shù)的增加混合器出口混合指標有時增大有時減小;雷諾數(shù)大于35時，隨著雷諾數(shù)的增加混合指標逐漸增大。其次研究了微混合器的對數(shù)螺旋線系數(shù)b2和寬度w對混合性能的影響。結(jié)果顯示雷諾數(shù)為0.2時，微混合器的混合指標受對數(shù)螺旋線系數(shù)b2和寬度w的影響很小，此時混合指標在0.6～0.8的范圍內(nèi);隨著雷諾數(shù)的增加對數(shù)螺旋線系數(shù)b2和寬度w對混合指標的影響逐漸變強，當(dāng)雷諾數(shù)為50時，微混合器的混合指標在b2為0.35～0.5、w為0.05～0

4、.125范圍內(nèi)較大，混合效果較好。最后分別分析了微混合器水平方向和豎直方向的速度矢量場，結(jié)果顯示在水平方向上雷諾數(shù)為30時產(chǎn)生了漩渦，且隨著雷諾數(shù)的增加漩渦的強度逐漸變大，影響范圍逐漸變廣。在豎直方向上取了八個平面，研究豎直方向上漩渦的變化趨勢，結(jié)果顯示，在同一雷諾數(shù)下，plane3上面最多產(chǎn)生了三對漩渦;plane4和plane5平面較寬，上面流速較小，此平面上流體幾乎沒有發(fā)生擾動;其他幾個平面上都有不同程度的擾動流體出現(xiàn)。從渦的角度