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近十几年来,工程上的设备越来越趋于微型化,出现了微泵、微阀、微换热器、微混合器、微传感器等微型设备。根据需要将数个微型设备组合在一起就构成了微机电系统。微混合器作为微机电系统中的一部分,在生物医药、环境监测、化工反应、新能源等领域得到了广泛应用。如何实现不同组分流体间的快速混合,是微混合器研究的一个重点。 本文提出一种由对数螺旋线组成的被动式微混合器。该微混合器的流道是由两条对数螺旋线构成,对数螺旋线的极角的取值范围为0°到180°。该结构主要是通过对数螺旋线扰动流体,产生漩涡流,增加流体间接触面积,从而促进流体混合。本文用CFD软件分析了该微混合器在不同雷诺数下的混合性能,雷诺数的取值范围为0.2到100,选择层流模型进行数值模拟。首先研究了微混合器的出口混合指标随雷诺数的变化情况,结果显示当雷诺数小于3时,随雷诺数的增加微混合器的出口混合指标逐渐减小;当雷诺数大于3小于20时,出口混合指标随着雷诺数的增加而增大;雷诺数大于20小于35时,流体处于不稳定区域,随着雷诺数的增加混合器出口混合指标有时增大有时减小;雷诺数大于35时,随着雷诺数的增加混合指标逐渐增大。其次研究了微混合器的对数螺旋线系数b2和宽度w对混合性能的影响。结果显示雷诺数为0.2时,微混合器的混合指标受对数螺旋线系数b2和宽度w的影响很小,此时混合指标在0.6~0.8的范围内;随着雷诺数的增加对数螺旋线系数b2和宽度w对混合指标的影响逐渐变强,当雷诺数为50时,微混合器的混合指标在b2为0.35~0.5、w为0.05~0.125范围内较大,混合效果较好。最后分别分析了微混合器水平方向和竖直方向的速度矢量场,结果显示在水平方向上雷诺数为30时产生了漩涡,且随着雷诺数的增加漩涡的强度逐渐变大,影响范围逐渐变广。在竖直方向上取了八个平面,研究竖直方向上漩涡的变化趋势,结果显示,在同一雷诺数下,plane3上面最多产生了三对漩涡;plane4和plane5平面较宽,上面流速较小,此平面上流体几乎没有发生扰动;其他几个平面上都有不同程度的扰动流体出现。从涡的角度分析,流体受水平和竖直两个方向的漩涡影响,达到扰动流体促进混合的作用。