一种基于多重涡流新型微混合器的设计与实验.pdfVIP

118 传感器与微系统 (1rr叽sducerandMicrosystemTechnologies) 2013年 第32卷 第9期 一 种基于多重涡流新型微混合器的设计与实验 陈方璐，常洪龙，洪水金，叶 芳 (西北工业大学 空天微纳教育部重点实验室，陕西 西安710072) 摘 要：设计了一种基于多重涡流的新型微混合器结构。该结构中多个呈反向分布的规则排列的扩张和 收缩结构可产生迪恩流与扩张涡流，基于此，可进行高效率的被动式混合。首先阐述了该结构产生内部迪 恩流和扩张涡流的机理，并利用COMSOL软件对该结构进行了液流混合过程的三维数值模拟验证，分析 了不同流体流速对多重涡流强弱和混合程度的影响。最后制作了该微混合器 ，利用2种不同的染料进行 了混合实验，通过分析样品的混合效果验证了该混合器的性能。仿真和实验结果均表明：该混合器在低输 入流速 (0．01 I／s)和高输入流速 (7 I／s)下均可实现高效快速的混合，在0．8cm的距离内即可实现完 全混合，在输人流速为5 【／s时最高混合效率可达98．6％。 关键词：微流控芯片；微混合器；迪恩流；扩张涡流；数值模拟 中图分类号：TH703 文献标识码 ：A 文章编号：1000-9787(2013)09-0118-04 O1～esiR‘n and1experim‘ent·n[or anovel‘m l●Cr0m l●Xer based0nmultiplevortex CHENFang—lu，CHANGHong—long，HONGShui-jin，YEFang (KeyLaboratoryofMicro／NanoSystemsforAerospace，MinistryofEducation， NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China) Abstract：Designanovelmixingstructureconsistingofseveraloppositelydistributedexpansionandcontraction sections，whichcangenerateDeanflow andexpansionvo~ex．Basedonthis，themicromixerstructurecanrealize high—efficiencymixing．Themechanism offormingDean flow and expansion vortexarcdescribed first．then3D numerical simulationiscarriedouttoverifyliquidflowmixingprocessbyCOMSOL，analyzeeffectofdifferentflow ratesonstrongorweakofthemultivortexandmixingdegree．Finally，themicromixerisfabricated．Twodifferent dyesareusedformixingexperiment．Boththesimulationandexperimentalresultsshow thatthemixercanobtain highefficientandfastmixingatthelow rateof0．01 L／saswellashighinputflow rateof7 【／s，thehighest mixingefficiencyisupto98．6％ attheflow rateofinput5 L／s． Keywords：microfluidicchip；micromixer；Deanflow；expansionvo~ex；numerical simulation 0 引 言 驱动、电场驱动、超声波驱动等，其优点