随着微机电技术在化学化工、生物医药、环境工程等各个领域的推广应用,相应的设备仪器也朝着微型化与集成化的方向发展。微混合器作为微流控芯片中的重要组成部分,具有混合效率高、易加工与控制、成本较低和集成性好等优点,因此微混合器结构的开发设计逐渐成为国内外学者研究热点之一。由于在微尺度条件下流体流动呈层流状态,流体混合主要依靠扩散作用,为达到快速高效混合的目的,将混沌混合机理引入微混合技术并形成了如鲱鱼骨形、三维折叠形和锯齿形等各种结构的混沌微混合器。本文基于液液非均相体系中液滴的形成与融合技术,将待混合的试剂包裹在液滴内部形成一个个独立的混合区域,在液滴内循环以及微通道壁面剪切作用下诱发内部混沌混合效应,因此可达到快速高效混合的效果。本文针对液滴式微混合器的研究主要内容如下：(1)利用CFD数值模拟的方法研究十字型微通道中液滴的形成和融合过程,为研究液滴内部的混合过程奠定基础。通过建立十字形微通道模型模拟水油两相流,研究形成稳定液滴流的参数条件和不同流型的分析控制。分别研究两相流速、流体粘度和表面张力对形成液滴大小的影响情况,达到可以通过调整流体参数控制形成液滴大小与形成时间的目的。(2)建立三种不同结构的微混合器模型,分别为直通道、V形和U北京化工大学硕士学位论文形通道微混合器,采用流体体积函数(VOF)和标量方程法(UDS)模拟微混合器内的混合过程。利用标量示踪剂浓度分析的方法比较三种微混合器的混合效果,并且通过分析内部压降大小分析比较各自的能量消耗情况。此外,分析研究各微混合器中液滴内部的混合情况以及混合机理。(3)对V形微混合器内的混合机理以及结构优化展开进一步的研究。通过正交试验研究微混合器各结构参数对混合度以及压降大小的影响,优化该混合器结构使其满足高效混合同时节省能耗的要求。由于流体物性参数也在很大程度上影响着液滴内的混合效果,分别研究了水含率、雷诺数以及毛细力准数对V形微通道混合效率的影响。(4)利用高速摄像机、微量注射泵以及十字型微通道芯片搭建实验平台,观测油包水液滴的形成和融合过程,并探究流体参数(两相流速比、连续相粘度)对形成液滴大小的影响。将实验结果与模拟结果对照分析,得出二者有较好的吻合度,且实验与模拟结果所得液滴大小随物性参数的变化趋势一致。本文的研究成果为利用液滴式微混合器进行试剂混合提供了一定理论依据,也为微混合器的结构设计与优化、操作参数的设定提供了一定的参考。