[发明专利]新型T型微混合器

说明书

技术领域

本发明涉及微系统领域，尤其是一种微混合器。

背景技术

微全分析系统通过分析设备的微型化和集成化，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，然后集成到微米或纳米级别的芯片上。微流控分析芯片作为微全分析系统的主要研究方向，其目标是把整个化验室的功能，包括采样、稀释、混合、反应、分离、检测等集成在微芯片上，将复杂耗时的分析过程微型化、集成化，可批量制作，集成生产。它在降低贵重生化试剂、样本消耗以及实验分析成本的同时还能降低对分析人员的要求，而且还能成倍的提高分析速度，有助于分析实验室最终迈向“个人化”和“家用化”，因此有广泛的适用性及应用前景。

微混合是反应发生前的必经阶段，但微米级别的结构导致了反应器内部流体的表面积与体积的比值急剧增大，甚至可以达到10000-50000m²·m^-3，表面力与粘性力的影响占主导地位，惯性力的作用大大减少，使流体呈现出层流效应、扩散和传热等区别于宏观流体的特殊性质。混合组分间的混合强度高可以提高其反应效率，混合强度低会影响反应的正常发生。在微观条件下，物质组分间的混合主要由组分间的扩散作用完成，实现组分间的高效混合需要较长时间，背离了芯片实验室高效、便利的初衷。微混合器有多种结构形式，其中T形微混合器是一种使两股流体混合均匀的最为简单的方法。两股流体在同一平面上流入混合管道，分离现象严重，混合效果差。

发明内容

为了克服传统的T型微混合器混合效率低的不足，本发明提供一种提高混合效率的新型T型微混合器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型T型微混合器，包括入口通道、初步混合通道和出口通道，所述入口通道为至少两个，至少两个入口通道分别与初步混合通道的进口连通，所述初步混合通道、出口通道呈直线结构，所述混合器还包括弯曲管道，所述弯曲通道包括周期不对称曲线型弯曲通道，周期不对称曲线型弯曲通道中各段弯曲通道单元前后依次相连，空间排列顺序依次为弯曲面朝下、弯曲面朝右、弯曲面朝上、弯曲面朝左、弯曲面朝下、弯曲面朝右、弯曲面朝上、弯曲面朝左依次重复，所述弯曲通道中最前一段弯曲通道单元与所述初步混合通道的出口连通，所述弯曲通道中最后一段弯曲通道单元与所述出口通道连通。

进一步，周期不对称曲线型弯曲通道单元的剖面尺寸大小相同。

再进一步，所述弯曲通道为空间不对称平滑曲线通道，光滑平面曲线中心右方相对左方要高，即曲线顶点位于曲线右方。

所述弯曲通道的曲线顶端位于直线型管道中心的下方处。

所述弯曲通道由多周期不对称曲线型弯曲通道单元组成，根据需要，可以是两个周期或三个周期等。

本发明的技术构思为：低雷诺数下，流体的流动为层流，不利于流体组分间的混合。削弱层流的方法主要是依靠扰动，使层流层之间相互掺合。增加流体间接触面积、碰撞、对流、涡流、拉伸折叠都可以强化扩散，改变微混合器的结构和几何形状有助于强化扩散、充分混合。本发明利用这样不对称空间弯曲通道，产生混沌对流，增加了流体混合的接触面积，有效地提高混合强度。

在微观尺度下，流体的康达效应仍起作用，本发明对康达效应的利用体现在当流体通过初步混合通道连通进入第一段弯曲通道时，由康达效应初始直线管道中下方流体流动方向将偏向管道的上方，与原本处在管道上方的流体发生碰撞。碰撞后的两股流体同时流向第2段弯曲面朝右的通道，此时两股流体发生碰撞交错折叠，折叠后的两股流体将流向第3段弯曲面朝上的通道，两股流体继续碰撞交错折叠，随着流向第4段弯曲面朝左的通道，两股流体继续碰撞交错折叠，此为第一个周期。接着，两股流体流向第5段弯曲通道完成第2周期的混合，并依次实现各周期的碰撞混合。两股流体间的不断碰撞交错折叠，产生了混沌对流，增大了流体的接触面积，进而提高了流体的混合强度。

本发明的有益效果主要表现在：初步混合通道处紧密连接第一段朝下的弯曲通道保证了康达效应的发生，使流体两股依附在向下弯曲壁面的背面上，产生粘附效果；当两股流体通过任一两段不同朝向的弯曲通道都会发生碰撞折叠，使流体在空间发生交错折叠以增加对流体的扰动，延长了混合通道的长度，增大了流体间的接触面积；4段空间朝向均不一致的弯曲通道为一个周期，有利于两股流体的交叉碰撞混合；每段弯曲通道弧线的右半边明显高于左半边，保证了两股流体黏附在管道壁面平滑流动。对比发现，在同样条件下，本发明的微混合器混合强度都有明显提高，而且适用范围广，不易发生堵塞，结构简单，易于加工。

附图说明。