CN210279006U - 一种高效的微混合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高效的微混合装置，该高效的微混合装置包括流体A入口管、流体B入口管和混合流道，所述流体A入口管和流体B入口管的出口均汇聚于所述混合流道的入口，且所述混合流道内设置有若干个扰流柱。扰流柱每两排周期性的排布于混合流道内，且扰流柱内开设若干个通孔，混合流道内的流体的边界层可被不断地打断，同时加强混合效果，压损降低，混合效率高。本实用新型的高效的微混合装置相比于其他混合装置，能够更快，更高效的完成液体的混合。
Description
技术领域
本实用新型涉及微流控领域，具体涉及一种高效的微混合装置。
背景技术
微流控芯片能够在几平方厘米的空间内完成常规生物、化学等实验室基本功能的一种芯片；微混合装置是微流控芯片的重要组成部分，性能优良的被动微混合装置通常结构结单，易于加工同时混合效率高。
由于微混合装置的体积相对常规尺寸较小，采用被动的混合方式能够极大的降低实验的能耗，通过流道内几何特征的优化来改变不同流体的混合过程，从而加强流道的对流扩散，实现高效的微流体混合。
现有的微混合装置都式将不同的流体通过入口端进入混合流道，通过混合流道内几何特征的改变，打断流体的边界层，加强不同流体之间的混合效果。
Lee.C.Y等人在Sensors and Actuators B:Chemical，2018，259，677-702 发表的“Recent advances and applications of micromixers”文章中提出了一种圆环内径周期变化的微混合装置，虽然有较好的混合效率，但是加工相对复杂。 Wang.R.J等人在Sensorsand Actuators B:
Chemical，2017，249，395-404发表的“Investigation on the splitting
-merging passive micromixer based on Baker’s transformation”文章中提出了一种立体矩形流道周期变化的微混合装置，虽然有较好的混合效率，但是整个器件的压损也较大。
实用新型内容
本实用新型提供一种高效的微混合装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种高效的微混合装置，包括流体A入口管、流体B入口管和混合流道，所述流体A入口管和流体B入口管的出口均与所述混合流道连通，且所述混合流道内设置有若干个扰流柱。
通过上述技术方案，两种流体分别经流体A入口管和流体B入口管进入到混合流道内，由于混合流道内设置有许多扰流柱，流体A和流体B经扰流柱后，在扰流柱后面形成旋涡，强化两种流体的混合效果。
优选地，所述扰流柱上设置有若干个通孔。
通过上述技术方案，扰流柱上的通孔结构设计能够在不降低混合效率的前提下，有效的减小微混合装置入口和出口的压损，仿真的云图显示在扰流柱的后方能够形成较大的涡旋，这对于两种不同流体的混合是有益处的。
优选地，各所述通孔的截面积相同。
通过上述技术方案，可以使得流体进入各扰流柱上的通孔的流量相同，从而流体对扰流柱的冲击压力分布均匀，各扰流柱的混合效果相同，混合更均匀。
优选地，所述扰流柱为矩形体结构。
通过上述技术方案，矩形的扰流柱对流体的边界层打断效果好，混合效果好。
优选地，若干个所述扰流柱周期分布于所述混合流道内。
通过上述技术方案，扰流柱的排布呈周期性不断地对混合流道内的流体进行打断和混合，混合效果更好。
优选地，每个周期内三个所述扰流柱分成两排排列，靠近所述混合流道入口处的一个所述扰流柱排成一排排列，远离所述混合流道入口处的两个所述扰流柱排成一排排列。
通过上述技术方案，流体经过第一排的扰流柱后，流体中间被打断，经过第二排的扰流柱后，流体边界被再次打断，经过周期性的二排扰流柱的打断，整个混合流道内的流体不断形成旋涡，进行对流混合，加强了流体混合的效果。
优选地，每个周期内三个所述扰流柱分成两排排列，靠近所述混合流道入口处的一个所述扰流柱固定设置在所述混合流道的底面，另外两个所述扰流柱固定设置在所述混合流道的顶面。
通过上述技术方案，靠顶面区域的流体和靠底面区域的流体均可被扰流柱进行周期性的打断边界层，在扰流柱后面形成旋涡，从而使混合流道内的各区域的流体进行充分的对流混合，加强混合效果，避免混合不均匀。
优选地，每个周期内三个所述扰流柱分成两排排列，靠近所述混合流道入口处的一个所述扰流柱位于所述混合流道的中轴线上，另外两个所述扰流柱沿所述混合流道的中轴线对称分布。
通过上述技术方案，混合流道内的中间的流体和两侧的流体均被扰流柱扰乱边界层，从而使混合流道内的各区域的流体进行充分的对流混合，加强混合效果。
优选地，流体A入口管的垂直于流动方向的截面的长宽比为1:1，流体B入口管的垂直于流动方向的截面的长宽比为1:1。
通过上述技术方案，流体A和流体B进入混合流道的形状和边界层相同，进入混合流道后的混合更均匀。
优选地，所述混合流道的垂直于流动方向的截面的长宽比为2:1。
通过上述技术方案，混合流道的每个截面的流入量刚好等于流体A入口管和流体B入口管的流入量，流体混合顺畅，最大限度的减小了流体混合的压损，提高能效。
本实用新型的技术方案，相比现有技术，所产生的有益效果如下：
本实用新型的高效的微混合装置扰流柱结构设计简单，不需要延长混合流道，扰流柱的特殊设计能减小流体的流动阻力，增强混合效果，缩短两种流体的混合时间；相比于其他混合装置，能够更快、更高效的完成液体的混合；最后本装置为单混合通道，通过3D打印可以快速的制作样品，相比传统的多通道结构，能够极大的降低生产成本。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型的高效的微混合装置的结构示意图；
图2是本实用新型的高效的微混合装置的扰流柱的排布示意图；
图3是本实用新型的高效的微混合装置的扰流柱的结构示意图；
附图1、图2和图3中，各标记所代表的结构列表如下：
1、流体A入口管，2、流体B入口管，3、混合流道，4、扰流柱，41、通孔。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示，本实施方式的高效的微混合装置包括流体A入口管1、流体B入口管2和混合流道3，流体A入口管1和流体B入口管2的出口均汇聚于混合流道3的入口，且混合流道3内设置有若干个扰流柱4，扰流柱4可以焊接在混合流道3内，也可以通过3D打印与混合流道3一体成型。流体A入口管1和流体B入口管2设置为流体出口相对设置，且均与混合流道3垂直。流体A和流体B分别经流体A入口管1和流体B入口管2进入到混合流道3内，经扰流柱4后边界层被打断，在扰流器后面形成旋涡，不断地进行混合，加强了混合效果。当然，流体A入口管1、流体B入口管 2和混合流道3的形式并不局限于附图1所示的形式，流体A入口管1和流体B入口管2也可不与混合流道3垂直，三个流道还可以呈Y型等其他形式。
具体的，流体A入口管1和流体B入口管2的横截面尺寸相同，且为长宽比均为1:1的正方形截面，比如，流体A入口管1和流体B入口管2的截面边长为100微米，流体A入口管1和流体B入口管2的总长度均为500 微米。混合流道3的截面的长宽比为2:1，混合流道3的总长度为2000微米。如图1所示，流体A入口管1、流体B入口管2与混合流道3的高度相同，则混合流道3长度为2倍的流体A入口管1的边长，刚好混合流道3的截面通过量等于流体A入口管1和流体B入口管2的横截面通过量的总和，则两股流体分别经过流体A入口管1和流体B入口管2后到达混合流道3内流动顺畅，压损小，混合的能效高。
在一些实施方式中，扰流柱4上设置有若干个通孔41，如图3所示为3 个通孔41，当然每个扰流柱4上的通孔41还可以为四个或者其他数量；每个开口41的截面积相同，且通孔41的截面的长宽比为1:1，具体的，通孔 41的长宽皆为5微米。经过每个通孔41的流体流量相同，故扰流柱4所受的冲击压力相同，扰流柱4的各部位的混合效果及效率相同，混合均匀，同时扰流柱4上的通孔41的设计，使得两种流体在流动的过程中，不会有大面积物体的阻挡，流动阻力小，从而有效地降低流道出口和入口的压损。
进一步的，扰流柱4为矩形体结构，便于开设多个正方形的通孔41，扰流柱4的截面长宽高比为1:1:6。
在一些实施例中，如图2所示，每两排扰流柱4呈周期性排列在混合流道3内，每个周期内包含3个扰流柱4，其中一个在沿中轴线布置，且单独呈一排，另外两个扰流柱4分布在混合流道3中轴线两侧，并沿中心轴对称分布。流体混合过程中，分布在中轴线上的那个扰流柱4率先接触到混合流体，为前排，沿两侧分布的两个扰流柱4随后接触到混合流体，为后排。流体经过前排和后排的扰流柱4后，原混合流体的中间和两侧的流动边界层均被打断，同时在扰流柱4的后侧能够形成旋涡，进行良好的对流，加强两种流体的混合。
进一步的，前排的扰流柱4装配在混合流道3的底面，后排的扰流柱4 装配在混合流道3的顶面，这样混合流道3的上半部和下半部均有挡住流体流动的扰流柱4，则原混合流体的上端和下端均会被打断边界层，如此，混合效果更好。
尽管己经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种高效的微混合装置，其特征在于：包括流体A入口管(1)、流体B入口管(2)和混合流道(3)，所述流体A入口管(1)和流体B入口管(2)的出口均与所述混合流道(3)连通，且所述混合流道(3)内设置有若干个扰流柱(4)；所述扰流柱(4)上设置有若干个通孔(41)。
2.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：各所述通孔(41)的截面积相同。
3.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：所述扰流柱(4)为矩形体结构。
4.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：若干个所述扰流柱(4)周期分布于所述混合流道(3)内。
5.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：每个周期内三个所述扰流柱(4)分成两排排列，靠近所述混合流道(3)入口处的一个所述扰流柱(4)排成一排排列，远离所述混合流道(3)入口处的两个所述扰流柱(4)排成一排排列。
6.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：每个周期内三个所述扰流柱(4)分成两排排列，靠近所述混合流道(3)入口处的一个所述扰流柱(4)固定设置在所述混合流道(3)的底面，另外两个所述扰流柱(4)固定设置在所述混合流道(3)的顶面。
7.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：每个周期内三个所述扰流柱(4)分成两排排列，靠近所述混合流道(3)入口处的一个所述扰流柱(4)位于所述混合流道(3)的中轴线上，另外两个所述扰流柱(4)沿所述混合流道(3)的中轴线对称分布。
8.根据权利要求1所述的高效的微混合装置，其特征在于：流体A入口管(1)的垂直于流动方向的截面的长宽比为1:1，流体B入口管(2)的垂直于流动方向的截面的长宽比为1:1。
9.根据权利要求1至8任一所述的高效的微混合装置，其特征在于：所述混合流道(3)的垂直于流动方向的截面的长宽比为2:1。
Priority Applications (1)
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| CN201920323208.5U CN210279006U (zh) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | 一种高效的微混合装置 |
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Publications (1)
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2019
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