[實用新型]一種魯洛克斯三角形擋板結構被動式微混合器

有效

• 申請號: 202220628342.8
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN216987407U
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 謝清政;張峰;付婷;許爽
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B01F33/30
• 分類號: B01F33/30
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

本實用新型公開了一種魯洛克斯三角形擋板結構被動式微混合器，涉及混合器技術領域，旨在解決目前根據混合原理不同，微混合器可分為被動式和主動式兩種，主動式微混合器主要依賴外加能量設備影響流體流向來完成混合，而被動式微混合器則只依賴于微通道結構形狀發生改變對流體擾動完成混合，被動式微混合器因其結構簡單、制造簡便、易于集成，應用廣泛；通過通道上非對稱布置矩形和魯洛克斯三角形擋板，通過破壞流體層流流動，促使混合工質流向改變形成二次流、渦流以促進兩組分流體間摻混，魯洛克斯三角形障礙物施，使微通道截面面積收縮劇烈，促進渦流生成，混合效果增強，導致流體工質流向改變程度更大，兩組分溶質微粒接觸面積增大。

技術領域

本實用新型涉及混合器技術領域，具體為一種魯洛克斯三角形擋板結構被動式微混合器。

背景技術

微流控芯片因其具有實時性、效率高、成本低、使用方便的優點，將傳統實驗室所擁有的功能集成到一個僅有微米或納米量級的芯片中的科學技術，在生物醫療、環境檢測、化工合成中得到廣泛運用，具有廣闊的研究前景。其中微混合器作為微流控芯片中不可缺少的部分，在快速混合兩種或多種液體發揮重要作用，受到廣大學者關注。通常微混合器的通道幾何尺寸在幾十到幾百微米，在其結構尺寸下流體的雷諾數Re較小，導致流體處于層流流動狀態，此時流體間的混合主要依靠分子擴散，對流擴散作用不顯著，使混合時間大幅度延長。因此設計一種在低雷諾數下仍能快速高效混合的微混合器具有重要意義。

目前根據混合原理不同，微混合器可分為被動式和主動式兩種，主動式微混合器主要依賴外加能量設備影響流體流向來完成混合，而被動式微混合器則只依賴于微通道結構形狀發生改變對流體擾動完成混合，被動式微混合器因其結構簡單、制造簡便、易于集成，應用廣泛。

2008年，Xia等Xia H M,Wan S,Shu C,et al.Chaotic micromixers using two-layer crossing channels to exhibit fast mixing at low Reynolds numbers.Lab onA Chip,2005,5(7):748-755.將微通道采用兩層交叉通道的三維結構，流體經過多次拉伸折疊、分裂重組，使集中流體轉變為多個細小流體，增大流體間接觸面積促進了混合，且在Re遠低于1時仍能實現快速混合。劉趙淼等劉趙淼，王文凱，逄燕.擴展腔對方波型微混合器混合性能的影響研究。力學學報，2018， v.5002：66-74.提出了一種帶擴展腔的方波型微混合器，研究了窄縫和擴展腔的尺寸參數對混合性能的影響，并在此后的工作中設計了一種在五邊形混合腔內布置窄縫和障礙物的被動式微混合器劉趙淼，趙晟，王文凱，等.幾何構型對平面混沌式微混合器混合性能的影響。分析化學，2019，479：1321-1329，利用流體的射流特性及擋板成渦原理，強化流體擾動，有效地促進流體混合。劉洋等劉洋，毛海央，范文兵，等.一種擋板結構被動式微混合器的設計與仿真。微納電子技術，2018，554：258-264.在T型直通道微混合器基礎上，將通道彎折并在拐角處加有矩形擋板，并建立了有限元模型進行研究，結果表明彎折處截面尺寸劇烈收縮使流體加速，形成較大離心力并在擋板后的通道形成較大渦流，增大對流體擾動，Re＝5～60可以實現95％的高效混合。

上述文獻表明，低雷諾數下流體在微通道中混合效果不顯著，且隨流體流速增大壓降大幅增大，設計一種結構簡單、功耗損失小且在低雷諾數下仍能表現出良好混合特性的微混合器具有困難。因此探究良好綜合混合特性的微混合器具有重要意義。

實用新型內容