CN117732320A - 一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置 - Google Patents
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Abstract
一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，涉及微流体混合技术领域，本实施例提供的旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，包括多个单体管道，多个单体管道的侧面连接在一起，单体管道内具有流体通道，流体通道内设置有至少一组流体混合组件，流体混合组件包括沿流体的流动方向按照旋生叶序的方式设置的第一元件、第二元件、第三元件和第四元件。本实施例的设计思路来源于互生‑轮生叶序复合结构，能够促进流体速度矢量的变化，促进扰流作用，从而提高混合效果。
Description
技术领域
本发明涉及微流体混合技术领域，具体而言，涉及一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置。
背景技术
微混合技术是一项在微尺寸通道中，针对两相或多相流体的快速混合技术。微尺度下的雷诺数很低，流体通常以层流状态流动，微混合设备有许多不同于宏观体系的特点，与常规混合设备相比，具有控制精确、样品消耗小、混合效率高、利于集成化等特点。针对微混合流道的结构设计能有效发挥元件改变流体流动状态、促进流体内部扰动的作用。
经发明人研究发现，微流体混合流道的设计难题在于无法兼顾设计复杂度与混合效率。目前，拥有更优混合效果的微流道设计往往更加复杂，自然界的生物体中常常存在一些具有独特结构及功能的器官或组织，能够以最简单的生理构造实现相对复杂的生物学功能，这种参照自然结构的仿生学设计，能够为微混合器的结构创新提供有效的参照与启发。在微混合器中，结构元件的布局对于实现充分混合至关重要，叶片的排布方式可以作为设计思路引入微通道中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其能够促进扰流作用，从而提高混合效果。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，包括多个单体管道，多个所述单体管道的侧面连接在一起，所述单体管道内具有流体通道，所述流体通道内设置有至少一组流体混合组件，所述流体混合组件包括沿流体的流动方向按照旋生叶序的方式设置的第一元件、第二元件、第三元件和第四元件；
所述流体通道沿水流方向竖向划分为四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，当流体在所述流体通道内经过所述第一元件时，部分流体的流动方向与原方向的流体交叉产生内部扰流，完成所述第一区域的混合，当流体在所述流体通道内继续流动并依次经过所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件时，所述流体依次在所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域完成混合。
在可选的实施方式中，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件的形状均为三角形，并且其中两条短边设置在所述流体通道的内壁上。
在可选的实施方式中，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件均与所述流体通道的内壁呈α的角度。
在可选的实施方式中，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件彼此之间的间隔距离为L。
在可选的实施方式中，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件的螺旋方向为顺时针。
在可选的实施方式中，所述流体通道内设置有两组所述流体混合组件，所述两组流体混合组件前后设置。
在可选的实施方式中，所述单体管道以及所述流体通道的形状均为矩形。
在可选的实施方式中，所述旋生叶序仿生结构的微流控混合装置还包括入口管和入口漏斗，所述入口漏斗的两端分别连接所述入口管和多个所述单体管道的入口。
在可选的实施方式中，所述旋生叶序仿生结构的微流控混合装置还包括出口管和出口漏斗，所述出口漏斗的两端分别连接所述出口管和多个所述单体管道的出口。
在可选的实施方式中，所述单体管道共设置有25个，并以5×5的方式组合而成。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，包括多个单体管道，多个单体管道的侧面连接在一起，单体管道内具有流体通道，流体通道内设置有至少一组流体混合组件，流体混合组件包括沿流体的流动方向按照旋生叶序的方式设置的第一元件、第二元件、第三元件和第四元件；流体通道沿水流方向竖向划分为四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，当流体在流体通道内经过第一元件时，部分流体的流动方向与原方向的流体交叉产生内部扰流，完成第一区域的混合，当流体在流体通道内继续流动并依次经过第二元件、第三元件和第四元件时，流体依次在第二区域、第三区域和第四区域完成混合。本发明能够以简单的流体混合组件实现流体内部的自发扰动，具体是通过第一元件、第二元件、第三元件和第四元件分别对第一区域、第二区域、第三区域和第四区域内的流体产生局部扰流实现的，此种方式和结构实现了全方位的快速混合，大大提高了流体的混合效果，同时，该结构设计制作成本低、操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的旋生叶序仿生结构微流控混合装置；
图2为本发明实施例提供过得单体通道第一视角结构示意图；
图3为图1的左视图；
图4为本发明实施例提供过得单体通道第二视角结构示意图。
图标:
10-单体管道；11-第一区域；12-第二区域；13-第三区域；14-第四区域；15-流体通道；20-流体混合组件；21-第一元件；22-第二元件；23-第三元件；24-第四元件；30-入口管；40-入口漏斗；50-出口管；60-出口漏斗。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置主要应用于微混合技术领域，其目的是为了解决现有技术中的混合装置复杂，混合效率低且成本高昂。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供的旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，包括多个单体管道10，多个单体管道10的侧面连接在一起，单体管道10内具有流体通道15，流体通道15内设置有至少一组流体混合组件20，流体混合组件20包括沿流体的流动方向按照旋生叶序的方式设置的第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24；流体通道15沿水流方向竖向划分为四个区域，分别为第一区域11、第二区域12、第三区域13和第四区域14，当流体在流体通道15内经过第一元件21时，部分流体的流动方向与原方向的流体交叉产生内部扰流，完成第一区域11的混合，当流体在流体通道15内继续流动并依次经过第二元件22、第三元件23和第四元件24时，流体依次在第二区域12、第三区域13和第四区域14完成混合。详细的，多个单体管道10平行设置，且侧面紧靠在一起，可通过胶水或胶带将多个单体管道10粘接在一起。
可以理解的是，本实施例能够以简单的流体混合组件20实现流体内部的自发扰动，具体是通过第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24分别对第一区域11、第二区域12、第三区域13和第四区域14内的流体产生局部扰流实现的，此种方式和结构实现了全方位的快速混合，大大提高了流体的混合效果，同时，该结构设计制作成本低、操作简单。
在一些实施例中，第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24的形状均为三角形，并且其中一边设置在流体通道15的内壁上。详细的，四个元件以流体通道15的内壁为起始向内呈三角形展开。
值得注意的是，在其他实施例当中，不限定于第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24的形状是三角形，例如，第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24的形状还可以是四边形以及不规则图形，具体为何种形状可视情况而定。
在一些实施例中，第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24均与流体通道15的内壁呈α的角度。详细的，四个元件与通道内壁夹角不超过90°，优选40°-60°之间，具体的角度是多少，可视混合流体的材料以及流速而定。可以理解的是，设置角度的目的其一是减小第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24对流体的阻力，使得流体的流动速度加快，其二是可以提高流体的混合速率。
在一些实施例中，第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24彼此之间的间隔距离为L。可以理解的是，如图4所示，间隔距离L指前一块元件末端到后一块元件前端间的距离，详细的，元件彼此间的距离L不小于1.8mm，优选为1.8mm～2.5mm之间，具体的数值可视混合的流体材料以及流速而定。
在一些实施例中，第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24的螺旋方向为顺时针。可以理解的是，螺旋的方向不限定于顺时针方向，也可以是逆时针方向，本实施例以顺时针为例。
进一步地，流体通道15内设置有两组流体混合组件20，两组流体混合组件20前后设置。可以理解的是，两组流体混合组件20可以使得流体混合的更加充分，除此之外，本实施对流体混合组件20的数量并不做限定，还可以设置三组以及四组流体混合组件20。
在一些实施例中，单体管道10以及流体通道15的形状均为矩形。可以理解的是，本实施例设置成矩形的目的是，矩形的设计使得集成化更易达成，适用于工业生产，详细的，单体管道10的尺寸为1mm×1mm，单体管道10共设置有25个，并以5×5的方式组合而成一个集成管。
进一步地，旋生叶序仿生结构的微流控混合装置还包括入口管30和入口漏斗40，入口漏斗40的两端分别连接入口管30和多个单体管道10的入口；旋生叶序仿生结构的微流控混合装置还包括出口管50和出口漏斗60，出口漏斗60的两端分别连接出口管50和多个单体管道10的出口。
可以理解的是，将多个单体管道10的入口和出口集中成一个总的入口和出口，可以方便流体的输入和收集；入口漏斗40和出口漏斗60可以防止流体残留在死角处。
本实施例的工作原理：不同流体被引入到入口管30中进行混合，由流体混合组件20对流体进行混合处理，与通道内壁有夹角的第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24使部分流体速度矢量方向发生改变，与原方向形成矢量差，促进流体内部扰动，实现局部混合；沿顺时针螺旋排列的第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24能够使流体发生多个速度矢量方向上的改变，完成通道内各区域的充分混合。
本实施例提供的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置具有以下优点：
本实施能够以简单的流体混合组件20实现流体内部的自发扰动，具体是通过第一元件21、第二元件22、第三元件23和第四元件24分别对第一区域11、第二区域12、第三区域13和第四区域14内的流体产生局部扰流实现的，此种方式和结构实现了全方位的快速混合，大大提高了流体的混合效果，同时，该结构设计制作成本低、操作简单。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，包括多个单体管道，多个所述单体管道的侧面连接在一起，所述单体管道内具有流体通道，所述流体通道内设置有至少一组流体混合组件，所述流体混合组件包括沿流体的流动方向按照旋生叶序的方式设置的第一元件、第二元件、第三元件和第四元件；
所述流体通道沿水流方向竖向划分为四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，当流体在所述流体通道内经过所述第一元件时，部分流体的流动方向与原方向的流体交叉产生内部扰流，完成所述第一区域的混合，当流体在所述流体通道内继续流动并依次经过所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件时，所述流体依次在所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域完成混合。
2.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件的形状均三角形，并且其中两条短边设置在所述流体通道的内壁上。
3.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件均与所述流体通道的内壁呈α的角度。
4.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件彼此之间的间隔距离为L。
5.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件和所述第四元件的螺旋方向为顺时针。
6.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述流体通道内设置有两组所述流体混合组件，两组所述流体混合组件前后设置。
7.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述单体管道以及所述流体通道的形状均为矩形。
8.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述旋生叶序仿生结构的微流控混合装置还包括入口管和入口漏斗，所述入口漏斗的两端分别连接所述入口管和多个所述单体管道的入口。
9.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述旋生叶序仿生结构的微流控混合装置还包括出口管和出口漏斗，所述出口漏斗的两端分别连接所述出口管和多个所述单体管道的出口。
10.根据权利要求1所述的一种旋生叶序仿生结构的微流控混合装置，其特征在于，所述单体管道共设置有25个，并以5×5的方式组合。
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