新型微混合器的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在生物化學(xué)分析與合成中，微混合器應(yīng)用非常廣泛。它具有混合速度快、效率高、試劑消耗量少、易于集成化和自動(dòng)化等特殊的優(yōu)越性。目前很多研究中對(duì)于微混合器的設(shè)計(jì)和加工往往缺乏相應(yīng)的理論支持，設(shè)計(jì)方案直接來源于經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)報(bào)道，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)發(fā)現(xiàn)器件性能不符合設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致開發(fā)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)加工成本提高，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和資金。本課題結(jié)合理論研究與實(shí)驗(yàn)需求，對(duì)于傳統(tǒng)T型微混合器利用有限元分析方法進(jìn)行仿真，提出一種新型的微混合器設(shè)計(jì)。并且制作相應(yīng)的微混

2、合器，以及建立檢測(cè)裝置應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本課題中，首先通過有限元分析工具COMSOL多物理場(chǎng)軟件分析傳統(tǒng)T型微混合器的流動(dòng)特性及混合效果，并結(jié)合湍流混合理論對(duì)于微混合器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。通過比較分析，改進(jìn)后的微混合器在混合效率和混合時(shí)間上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的T型混合器。對(duì)于兩種混合器，論文給出了不同參數(shù)環(huán)境下的混合效率。
　　 其次，根據(jù)理論以及數(shù)值分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)并加工了傳統(tǒng)的T型和改進(jìn)型T微混合器。為了驗(yàn)證數(shù)值研究的結(jié)果

3、，我們?cè)O(shè)計(jì)并且搭建了兩套光學(xué)檢測(cè)裝置，從混合現(xiàn)象到實(shí)際混合效率來測(cè)試兩種微混合器:方法一是通過鏡片組將混合通道放大后經(jīng)由高速照相機(jī)拍攝流體在不同流速下的混合現(xiàn)象;方法二則是通過光源經(jīng)由帶通濾光，透鏡匯聚成線光源后激發(fā)混合通道內(nèi)的熒光試劑，CCD照相機(jī)拍攝熒光圖像，用于分析混合效率。
　　 最后，利用微混合器以及所搭建的裝置，通過染料與去離子水混合，證實(shí)實(shí)際混合的效果與理論較為符合，數(shù)據(jù)分析表明新型微混合器相對(duì)于傳統(tǒng)T混合器在混合