一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器，其结构包括：两个入口、一个出口和微流体通道。通过设计微流体通道的结构，在两种微流体流经微通道的不同区域时，利用微流体在弯曲通道流动的“迪恩效应”以及流体在通道拐弯处的方向突变，使得微流体沿微通道内壁面在沿着流体流动方向以及垂直于流体流动方向流动、翻转，在两种微流体时刻处于位置交换的状态，加强了对流扩散强度。本发明专利技术的优势在于：结构简单，加工成本低，混合速度快，依靠微通道结构改变就能实现多种微流体高效被动混合，对流体流量局限较小。流体流量局限较小。流体流量局限较小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器


[0001]本专利技术属于微流控芯片领域；具体涉及一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器。

技术介绍

[0002]微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控的技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，因此又被称为芯片实验室，微流体混合器作为微流控芯片的重要组成部分，越来越受到该领域的广泛关注，凭借其所具有的体积小、混合效率高、反应速度快等优势，在化学检测、生物检测、精细材料合成等领域应用越来越广泛。
[0003]在微纳尺度下，流体的主要流动状态为层流，混合主要依靠流体间的分子扩散作用，因此进行一些流体混合时，需要的时间较长，效率较低，在通道的结构与外部场等方面提出了很多改进。
[0004]在US9194780B2的专利文献中公开了一种微流控无源混合芯片，该芯片采用同心圆作为混合流道，包括两个入口和一个出口，两个入口位于外圈，从外圈向内圈依次流动，出口位于内圈；但是该方案因为外圈的曲率半径更大，根据迪恩数的表达式：
[0005][0006]其中，d是弯管界面直径，R是弯管曲率半径，可以看出，曲率半径越大，迪恩数越小，所起到的混合作用越弱，因此从内圈设置出口不利于混合。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0009]本专利技术的实施例提供了一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器，包括两个入口、1个出口和一个微流体通道，两种微流体从两个入口流入，在微流体通道内混合后，从出口流出，其中微流体通道为依次连通的环形通道，入口位于最内圈的环形起始位置，然后，经过多圈环形通道后从最外圈的环形通道流出。
[0010]作为进一步的技术方案，所述的两个微流体通道入口为并行的通道入口，为方便加工，从通道的垂直方向注入；
[0011]作为进一步的技术方案，所述的混合通道，由同心/非同心圆的平行通道组成，同心圆的通道在两行通道交会时采用短直通道连接；
[0012]作为进一步的技术方案，所述的微流体混合通道长度根据所需混合的流体物性确定，可以由多组同心/非同心圆通道组成，也可由一组通道组成。
[0013]作为进一步的技术方案，所述的同心/非同心圆混合通道可以是变截面通道，也可以是等截面通道。
[0014]作为进一步的技术方案，所述的出口在通道末端，为方便加工以及混合液体的收集，从通道的垂直方向流出。
[0015]作为进一步的技术方案，所述的障碍物非均匀设置，自流体入口开始，所设置的第一个障碍物与环形通道的内圆外切，所设置的第二个障碍物与环形通道的外圆内切，以此间隔设置。
[0016]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：
[0017]1.本专利技术公开了一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器，其结构包括两个入口、1个出口和微流体通道；两个入口位于最内圈的环形通道的起始位置，出口位于最外圈的环形通道的出口位置，通过设计微流体通道的结构，在两种微流体流经微通道的不同区域时，利用微流体在弯曲通道流动的“迪恩效应”以及流体在通道拐弯处的方向突变，使得微流体沿微通道内壁面在沿着流体流动方向以及垂直于流体流动方向流动、翻转，在两种微流体时刻处于位置交换的状态，加强了对流扩散强度；结构简单，加工成本低，混合速度快，依靠微通道结构改变就能实现多种微流体高效被动混合，对流体流量局限较小。
[0018]2.本专利技术将通道设置成偏心结构，使得通道的宽度以及流速可以发生变化，因此迪恩数也发生变化，最终使得微通道内的两种流体的对流扩散强度更强。
[0019]3.本专利技术通过在通道内设置障碍物，一方面可以改变通道的宽度以及流速的变化，另外一方面利用的圆柱绕流，使流体不断混合
‑
分离，增强对流扩散强度。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1是实施例1中公开的微流体高效混合器示意图；
[0022]图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)是本专利技术实施例1中公开的微通道混合机理及混合效果示意图；
[0023]图3是实施例1中公开的其他形式的微流体高效混合器示意图；
[0024]图4是实施例2中公开的微流体高效混合器示意图；
[0025]图5是实施例3中公开的微流体高效混合器示意图；
[0026]图6是实施例4中公开的微流体高效混合器示意图；
[0027]图中：1入口，2出口，3微流体通道，4障碍物。
具体实施方式
[0028]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本专利技术另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0030]术语解释部分:本实施例中的迪恩涡流，即Dean vortex，是一种流体力学中的特
殊现象，是指在离心力的作用下弯管中的粘性流体在一定的主流速度下所产生的一对按一定规律运动的反向对称涡旋，可用于增强混合、传质及传热等。
[0031]正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器。
[0032]实施例1
[0033]如图1、图3所示，本实施例中公开了一种具有迪恩涡旋结构的微流体混合器包括两个入口1、1个出口2和一个微流体通道3，两种微流体从两个入口1流入，在微流体通道3内混合后，从出口2流出，其中微流体通道3为依次连通的环形通道，两个入口1位于最内圈的环形起始位置，然后，经过多圈环形通道后从最外圈的环形通道的1个出口2和流出；通过设计微流体通道的结构，在两种微流体流经微通道的不同区域时，利用微流体在弯曲通道流动的“迪恩效应”以及流体在通道拐弯处的方向突变，使得微流体沿微通道内壁面在沿着流体流动方向以及垂直于流体流动方向流动、翻转，在两种微流体时刻处于位置交换的状态，加强了对流扩散强度；结构简单，加工成本低，混合速度快，依靠微通道结构改变就能实现多种微流体高效被动混合，对流体流量局限较小。
[0034]进一步，所述的入口尺寸60～100微米，具体尺寸需与外接导管配合；所述的通道高度为100～200微米；
[0035]所述的第一个环形通道的内圆半径为200微米；沿着环形通道的径向方向，相邻环形通道之间的间隔为100～200微米；在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于迪恩涡流的微流体高效混合器，包括两个入口、1个出口和一个微流体通道，两种微流体从两个入口流入，在微流体通道内混合后，从出口流出，其特征在于，所述的微流体通道为依次连通的环形通道，两个入口位于最内圈的环形通道的起始位置，出口位于最外圈的环形通道的出口位置。2.如权利要求1所述的基于迪恩涡流的微流体高效混合器，其特征在于，所述的环形通道同心设置。3.如权利要求2所述的基于迪恩涡流的微流体高效混合器，其特征在于，在所述的环形通道上设有竖直设置的障碍物。4.如权利要求3所述的基于迪恩涡流的微流体高效混合器，其特征在于，所述的障碍物非均匀设置，自流体入口开始，所设置的第一个障碍物与环形通道的内圆外切，所设置的第二个障碍物与环形通道的外圆内切，以此间隔设置。5.如权利要求2所述的基于迪恩涡流的微流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成敏，王建春，李艳，刘光霞，王建梅，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：