基于對(duì)數(shù)螺旋線的新型被動(dòng)式微混合器混合性能.pdf

1、近十幾年來(lái)，工程上的設(shè)備越來(lái)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(gè)微型設(shè)備組合在一起就構(gòu)成了微機(jī)電系統(tǒng)。微混合器作為微機(jī)電系統(tǒng)中的一部分，在生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化工反應(yīng)、新能源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)不同組分流體間的快速混合，是微混合器研究的一個(gè)重點(diǎn)。
　　本文提出一種由對(duì)數(shù)螺旋線組成的被動(dòng)式微混合器。該微混合器的流道是由兩條對(duì)數(shù)螺旋線構(gòu)成，對(duì)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(guò)對(duì)數(shù)螺旋線擾動(dòng)流體，產(chǎn)生漩渦流，增加流體間接觸面積，從而促進(jìn)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(jìn)行數(shù)值模擬。首先研究了微混合器的出口混合指標(biāo)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(shí)，隨雷諾數(shù)的增加微混合器的出口混合指標(biāo)逐漸減小;當(dāng)雷諾數(shù)大于3小于20時(shí)，出口混合指標(biāo)隨著雷諾數(shù)的增加而增大;雷諾數(shù)大于20小于35時(shí)，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(biāo)有時(shí)增大有時(shí)減小;雷諾數(shù)大于35時(shí)，隨著雷諾數(shù)的增加混合指標(biāo)逐漸增大。其次研究了微混合器的對(duì)數(shù)螺旋線系數(shù)b2和寬度w對(duì)混合性能的影響。結(jié)果顯示雷諾數(shù)為0.2時(shí)，微混合器的混合指標(biāo)受對(duì)數(shù)螺旋線系數(shù)b2和寬度w的影響很小，此時(shí)混合指標(biāo)在0.6～0.8的范圍內(nèi);隨著雷諾數(shù)的增加對(duì)數(shù)螺旋線系數(shù)b2和寬度w對(duì)混合指標(biāo)的影響逐漸變強(qiáng)，當(dāng)雷諾數(shù)為50時(shí)，微混合器的混合指標(biāo)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(chǎng)，結(jié)果顯示在水平方向上雷諾數(shù)為30時(shí)產(chǎn)生了漩渦，且隨著雷諾數(shù)的增加漩渦的強(qiáng)度逐漸變大，影響范圍逐漸變廣。在豎直方向上取了八個(gè)平面，研究豎直方向上漩渦的變化趨勢(shì)，結(jié)果顯示，在同一雷諾數(shù)下，plane3上面最多產(chǎn)生了三對(duì)漩渦;plane4和plane5平面較寬，上面流速較小，此平面上流體幾乎沒(méi)有發(fā)生擾動(dòng);其他幾個(gè)平面上都有不同程度的擾動(dòng)流體出現(xiàn)。從渦的角度