微流體通道網(wǎng)絡結構的仿生學研究.pdf

1、反應器微型化是化工過程強化的重要研究方向，本文對微反應器微通道內流體的流動、混合、傳質性能展開詳細研究，并對微通道網(wǎng)絡結構進行了仿生設計與優(yōu)化。
　　 本文首先對單級和多級T形微通道結構中互溶兩相流體的混合規(guī)律進行了實驗和模擬研究。隨著流動雷諾數(shù)的增加，微通道內依次出現(xiàn)層流、渦流、卷流三種不同流動狀態(tài)。在相同停留時間條件下，多級T形微通道結構中流體混合效率明顯高于單級。研究結果說明，含有多級T形結構的樹狀分形仿生網(wǎng)絡結構能夠極大

2、地強化流體混合，是一種高效的微混合構型。
　　 進一步地，分別對單級和雙級T形微通道結構中水和甲苯體系，CO2和水體系兩相流動與傳質進行了實驗與模擬，拍攝了兩相流動流型變化。測量了醋酸在水和甲苯兩相中的分配獲得了T形微通道中液液兩相傳質系數(shù)，通過對T形微通道內水物理吸收CO2過程的測定獲得了氣液兩相傳質系數(shù)。采用VOF流體力學模型模擬了T形微通道中液液、氣液兩相不同流型的形成和變化過程，準確預測了彈狀尺寸。研究發(fā)現(xiàn)，含有多級T形

3、結構的分形樹狀仿生網(wǎng)絡能夠有效地提高液液、氣液兩相間的傳質速率，是一種高效的微萃取、微吸收構型。
　　 最后，借鑒生物循環(huán)系統(tǒng)的原理和結構特征，設計了一種具有進料、出料微通道網(wǎng)絡分布的整體式仿生催化劑芯片。對仿生通道網(wǎng)絡構型進行了CFD模擬研究和優(yōu)化計算。具有仿生通道網(wǎng)絡分布的整體式仿生催化劑芯片流動阻力低，返混小，抗干擾能力強。探索了仿生催化劑芯片在三個典型反應體系的應用，模擬結果表明仿生催化劑芯片能夠實現(xiàn)高的反應轉化率，該催