[發(fā)明專(zhuān)利]集成合成雙射流激勵(lì)器的微通道混合器及其應(yīng)用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110503171.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113289530B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱云龍;吳昌聚;胡文杰;陳偉芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01F33/30
• 分類(lèi)號(hào): B01F33/30;B01F35/71;B01F25/27;B01F101/23
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開(kāi)了一種集成合成雙射流激勵(lì)器的微通道混合器及其應(yīng)用方法。該微通道混合器從下到上依次包括基板、壓電振子、蓋板；基板依次設(shè)有進(jìn)樣口、混合通道、出樣口；混合通道一側(cè)設(shè)有合成雙射流激勵(lì)器；合成雙射流激勵(lì)器包括合成射流腔體和合成射流噴口，合成射流噴口和混合通道相連，合成射流腔體包括下層腔體和上層腔體，下層腔體位于基板，上層腔體位于蓋板，下層腔體和上層腔體之間為壓電振子；合成射流噴口包括下層腔體噴口和上層腔體噴口。合成射流沖擊混合通道壁面后形成了多縱向渦流動(dòng)結(jié)構(gòu)，在縱向渦的卷吸下，混合通道內(nèi)樣品的混合效率將大幅提升。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、不受內(nèi)外壓差影響、混合增強(qiáng)效果突出、靈活可調(diào)、易于集成等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流體化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種集成合成雙射流激勵(lì)器的微通道混合器及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

多種流體的混合增強(qiáng)是化學(xué)、生物等涉及微流體混合、反應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。所謂的流體混合是指將兩種或兩種以上的流體流入同一混合器，并通過(guò)一定的混合方式獲得一種分布均勻的流體混合物。隨著混合器尺寸的不斷減小，目前的流體混合器以微米或亞毫米量級(jí)的微流體混合器為主，該設(shè)備具有混合速度快、能量消耗少、安裝空間小等突出優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著混合器特征長(zhǎng)度的縮小，流體的流動(dòng)狀態(tài)逐漸從湍流過(guò)渡至層流。在層流條件下，流體的對(duì)流效應(yīng)很弱，流體之間的摻混主要依靠擴(kuò)散效應(yīng)，這就導(dǎo)致流體的混合變得相對(duì)較為困難。

在上述工程需求下，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種微流體混合增強(qiáng)裝置，根據(jù)強(qiáng)化混合是否需要外加驅(qū)動(dòng)裝置，可以將微流體的混合器分為主動(dòng)式增強(qiáng)和被動(dòng)式增強(qiáng)。通常被動(dòng)式混合增強(qiáng)裝置的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是相對(duì)的混合強(qiáng)化效果較弱并且通常伴隨有較大的壓降損失，而主動(dòng)式混合增強(qiáng)裝置的結(jié)構(gòu)一般比被動(dòng)式混合增強(qiáng)裝置復(fù)雜，但混合效果較好，并且可調(diào)節(jié)能力大幅提升，具有更好的工程應(yīng)用前景。

CN109772222A和CN103638852A公開(kāi)了兩種基于壓電式合成射流技術(shù)的主動(dòng)式微混合器，但是，這兩種設(shè)計(jì)均會(huì)受到微混合器泵送壓力和外界環(huán)境壓力差異的影響，當(dāng)這一壓差較大時(shí)，壓電振子的振動(dòng)會(huì)受到嚴(yán)重的阻礙，導(dǎo)致振幅明顯減小，混合效果顯著減弱。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種集成合成雙射流激勵(lì)器的微通道混合器及其應(yīng)用方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、不受內(nèi)外壓差影響、混合增強(qiáng)效果突出、靈活可調(diào)、易于集成。

一種集成合成雙射流激勵(lì)器的微通道混合器，從下到上依次包括基板、壓電振子、蓋板三部分；基板依次設(shè)有進(jìn)樣口、混合通道、出樣口；混合通道一側(cè)設(shè)有合成雙射流激勵(lì)器；合成雙射流激勵(lì)器包括合成射流腔體和合成射流噴口，合成射流噴口和混合通道相連，合成射流腔體包括下層腔體和上層腔體，下層腔體位于基板，上層腔體位于蓋板，下層腔體和上層腔體之間為壓電振子；合成射流噴口包括下層腔體噴口和上層腔體噴口，下層腔體噴口位于基板，上層腔體噴口位于蓋板。

所述的進(jìn)樣口為一個(gè)或者多個(gè)，多個(gè)時(shí)相對(duì)于混合通道對(duì)稱(chēng)或者非對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

所述的進(jìn)樣口和混合通道之間進(jìn)一步設(shè)有進(jìn)樣通道。

所述的下層腔體噴口和上層腔體噴口的豎直深度均小于混合通道豎直深度的1/2。

所述的一種集成合成雙射流激勵(lì)器的微通道混合器，通過(guò)改變施加在所述壓電振子上的電壓值和電壓頻率可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)混合通道內(nèi)樣品的混合程度，并且上下層腔體的吹、吸過(guò)程正好相反，合成雙射流激勵(lì)器的總質(zhì)量流量為零，微通道混合器的流量能夠始終保持穩(wěn)定。

所述的微通道混合器，合成雙射流激勵(lì)器的下層腔體噴口和上層腔體噴口位于混合通道的同側(cè)，使兩者噴出的合成射流在沖擊混合通道壁面后的旋轉(zhuǎn)方向一致，確保相鄰下層腔體噴口和上層腔體噴口產(chǎn)生的合成射流轉(zhuǎn)化而成的縱向渦能夠相互融合，從而降低縱向渦的耗散速度、增大縱向渦的影響范圍，提升混合通道內(nèi)樣品的混合效果。