基于心型特征优化的微混合及反应结构及其反应器制造技术

本技术涉及微通道反应器技术领域，尤其是一种基于心型特征优化的微混合及反应结构，包括流体剪切入口、固定墙、分流挡板及流体结合出口，所述固定墙为桃心形，所述流体剪切入口及流体结合出口及流体结合出口均为喇叭形，所述分流挡板为回旋镖形，其中部上方正对流体剪切入口设有剪切凹部，其中部下方向下凸出形成有分流凸部，所述分流凸部向流体结合出口处延伸，所述固定墙及分流挡板之间形成左右对称的混合流道，所述混合流道包括剪切段、减速段、加速段及混合段，有效地解决了康宁心型结构微通道反应器中存在较宽及大面积的滞流边界层分布问题，传质效率得到了极大的提高，对流体介质低流速的工况适用性更强。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微通道反应器，尤其是一种基于心型特征优化的微混合及反应结构及其反应器。

技术介绍

1、20世纪80年代末至90年代初，基于微机电工程（mems）的微流控技术开始兴起，时至21世纪初，微流控技术迅猛发展，其应用领域已经扩展至半导体、微电子、生物、制药、分析检测、精细化工等各个涉及国计民生的行业。微通道反应器是伴随微流控技术发展而衍生出的一项重要分支，通过十多年的发展，目前市面上已经形成各式各样的微通道反应器。然而，工艺泛用性最广泛的微通道反应器结构为某公司的心型结构，其传质原理是剪切-分流-结合-再剪切，与其他结构的微通道反应器相对比，其优点在于流体通过相同距离和管径时的压力阻降小、剪切次数多、传质效率高等。康宁微通道反应器心型结构主要存在以下问题：1、心型结构中的弓型分流挡板下方区域面积过大，导致流体分流之后、结合之前会进行减速，进而流向弓形分流挡板的下方大面积区域，进而形成分布较宽的滞流边界层，而较宽的边界层分布会降低传质效率，尤其当流速较低的情况下，这种负效应会更加明显；2、因为同样的原因，康宁微通道反应器的心型结构不适于流速较低的情况。

技术实现思路

1、为了克服上述现有问题的不足，本技术提供了一种基于心型特征优化的微混合及反应结构及其反应器。

2、本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于心型特征优化的微混合及反应结构，包括流体剪切入口、固定墙、分流挡板及流体结合出口，所述固定墙为桃心形，所述流体剪切入口位于桃心形的中部凹陷位置，所述流体结合出口位于桃心形的中部凸出位置，所述流体剪切入口及流体结合出口及流体结合出口均为喇叭形，所述流体剪切入口的入口小且出口大，所述流体结合出口的入口大且出口小，所述分流挡板为回旋镖形，其中部上方正对流体剪切入口设有剪切凹部，其中部下方向下凸出形成有分流凸部，所述分流凸部向流体结合出口处延伸，所述固定墙及分流挡板之间形成左右对称的混合流道，所述混合流道包括剪切段、减速段、加速段及混合段，所述减速段处流道逐渐变宽，所述加速段处流道逐渐变窄，所述剪切段与流体剪切入口对接，所述混合段与流体结合出口处对接。

3、根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述减速段最宽处尺寸与最窄处尺寸的比例值为2至3。

4、根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述加速段最宽处尺寸与最窄处尺寸的比例值为1.1至1.5。

5、根据本技术的另一个实施例，进一步包括，所述分流挡板的截面面积与混合流道的截面面积的比例为30%-40%。

6、一种反应器，包括基于心型特征优化的微混合及反应结构，若干所述微混合及反应结构依次串接排列，相邻两个微混合及反应结构的流体剪切入口及流体结合出口对接。

7、本技术的有益效果是，本技术有效地解决了康宁心型结构微通道反应器中存在较宽及大面积的滞流边界层分布问题，传质效率得到了极大的提高，对流体介质低流速的工况适用性更强，本技术不会产生蓄水池效应，不易产生流体残留堆积和死区，有效解决蓄水池结构产生的传质效率低下且返混严重问题，设置较大特征曲率，分流挡板下方的滞流边界层分布窄，且两侧均有高速流场，解决分布在墙面上的滞流边界层体难以向高速流场进行扩散传质的问题，相同的求解器、求解条件及相同的流速下，本技术进行特征曲率优化后，滞留边界层分布很窄，很容易向周围的高速流场区域进行扩散传质，传质效率极大改善。

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【技术保护点】

1.一种基于心型特征优化的微混合及反应结构，其特征是，包括流体剪切入口（1）、固定墙（2）、分流挡板（3）及流体结合出口（4），所述固定墙（2）为桃心形，所述流体剪切入口（1）位于桃心形的中部凹陷位置，所述流体结合出口（4）位于桃心形的中部凸出位置，所述流体剪切入口（1）及流体结合出口（4）及流体结合出口（4）均为喇叭形，所述流体剪切入口（1）的入口小且出口大，所述流体结合出口（4）的入口大且出口小，所述分流挡板（3）为回旋镖形，其中部上方正对流体剪切入口（1）设有剪切凹部（31），其中部下方向下凸出形成有分流凸部（32），所述分流凸部（32）向流体结合出口（4）处延伸，所述固定墙（2）及分流挡板（3）之间形成左右对称的混合流道（5），所述混合流道（5）包括剪切段（51）、减速段（52）、加速段（53）及混合段（54），所述减速段（52）处流道逐渐变宽，所述加速段（53）处流道逐渐变窄，所述剪切段（51）与流体剪切入口（1）对接，所述混合段（54）与流体结合出口（4）处对接。

2.根据权利要求1所述的基于心型特征优化的微混合及反应结构，其特征是，所述减速段（52）最宽处尺寸与最窄处尺寸的比例值为2至3。

3.根据权利要求1所述的基于心型特征优化的微混合及反应结构，其特征是，所述加速段（53）最宽处尺寸与最窄处尺寸的比例值为1.1至1.5。

4.根据权利要求1所述的基于心型特征优化的微混合及反应结构，其特征是，所述分流挡板（3）的截面面积与混合流道（5）的截面面积的比例为30%-40%。

5.一种反应器，其特征是，包括权利要求1-4任一所述的基于心型特征优化的微混合及反应结构，若干所述微混合及反应结构依次串接排列，相邻两个微混合及反应结构的流体剪切入口（1）及流体结合出口（4）对接。

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【技术特征摘要】

1.一种基于心型特征优化的微混合及反应结构，其特征是，包括流体剪切入口（1）、固定墙（2）、分流挡板（3）及流体结合出口（4），所述固定墙（2）为桃心形，所述流体剪切入口（1）位于桃心形的中部凹陷位置，所述流体结合出口（4）位于桃心形的中部凸出位置，所述流体剪切入口（1）及流体结合出口（4）及流体结合出口（4）均为喇叭形，所述流体剪切入口（1）的入口小且出口大，所述流体结合出口（4）的入口大且出口小，所述分流挡板（3）为回旋镖形，其中部上方正对流体剪切入口（1）设有剪切凹部（31），其中部下方向下凸出形成有分流凸部（32），所述分流凸部（32）向流体结合出口（4）处延伸，所述固定墙（2）及分流挡板（3）之间形成左右对称的混合流道（5），所述混合流道（5）包括剪切段（51）、减速段（52）、加速段（53）及混合段（54），所述减速段（52）处流道逐渐变宽，所述加速段（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭玉丰，盛锐，羿兰飞，郑书义，孟凡庭，龙昇辉，
申请(专利权)人：迈库弗洛微流控技术常州有限公司，
类型：新型
国别省市：