层板式混合器是基于层板构型技术利用微小通道交错喷注原理而设计的一种新型静态混合器。层板式混合器结构简单,没有运动部件,能够适应不同粘度的气体或液体的小容腔均匀混合。本文采用数值方法对层板式混合器的混合腔流动特性和混合效果进行了分析。计算了喷射角和喷射速度比对混合效果的影响。随着喷射角的增大,混合腔内的流动由以涡旋运动为主的流动状态逐渐转变为以切向绕轴旋转运动为主,且后者的混合效果明显优于前者,流体在绕轴旋转上升的过程中,不断地与上层喷口喷入的射流汇合,使喷入的流体随主流一起旋转运动,喷入的射流与主流存在较大的速度差,因此形成较大的流动剪切力,在流动剪切力的作用下,两种流体相互掺混,从而混合均匀。在一定的喷射速度比范围内,混合能达到较好的效果,超过了该范围,混合效果随着喷射速度比的变化而降低。针对计算中可能出现的微尺度效应采用二阶滑移速度边界条件对层板式混合器的流动控制通道流动的微尺度特性进行了分析,随着Kn数的增加,速度与压降的微尺度效应更加明显。以低温液氧与常温空气为流动工质,对层板式混合器微尺度效应进行了分析,得到了流动出现微尺度效应的临界厚度,为以后的分析和设计提供了依据。当流体温差较大时,层板可能因为热应力过大而遭到破坏,采用有限元方法对层板结构的温度分布与热应力进行了计算,对于本文所采用的预混器工况,当空气流动通道与液氧流动通道的直径分别达到50mm与35mm时,层板能较好的满足热应力的要求。层板式混合器作为空气加热器的预混器应用到试验系统中,在前文分析的基础上,针对试验工况对混合器进行了结构设计,介绍了其结构特点,加工工艺以及材料选择,并对其进行了校核计算。