混沌流微混合器的性能优化

为提高低雷诺数层流条件下被动式微混合器的效率,依据"三维马蹄变换"数学模型,对流体进行"挤压拉伸""弯曲折叠""二次折叠"和"逆变换-交集"操作,得到了一款包含6个混合单元,总长度为15 mm的混沌流微混合器.仿真研究表明:在"低流速-扩散主导"阶段u=2×10-4 m/s时,t=300 s后混合器进入稳定混合状态,出口处的混合指数αOutlet=97.82％;在"中流速-湍流发展"阶段u=5×10-3 m/s时,t=70 s后进入稳定混合状态,经3个混合单元后混合指数αInlet4=98.89％;在"高流速-湍流主导"阶段u=8×10-2 m/s时,t=22 s后进入稳定混合状态,经2个混合单元后混合指数αInlet3=99.35％.采用基于面投影微立体光刻的3D打印技术整体制备了混合器芯片,借助显微镜用可视化方法对不同进样流速下的混合器性能进行了验证,示踪剂颜色变化实验结果与表面浓度云图的仿真结果一致.