内置阻块型微混合器内流体混合强化的数值模拟.pdfVIP

第38卷 第 12期 化 学 工 程 Vo1．38No．12 2010年 12月 CHEMICALENGINEERING(CHINA) DeC．2010 内置阻块型微混合器 内流体混合强化的数值模拟 王 昆，王嘉骏，冯连芳，顾雪萍 (浙江大学 化学工程与生物工程学系 化学工程联合国家重点实验室，浙江 杭州 310027) 摘要：采用计算流体力学方法对 3种内置阻块波浪形微混合器进行模拟研究 ，考察内置阻块尺寸、排列方式及阻块 数量对流体混合的强化效果。由速度场和物质输运模型结合进行流体的混合模拟，得到流体混合快照图和流体混 合速率 ，进一步由流体平均径向线拉伸和李雅普洛夫指数定量表征混沌混合程度。结果表明：混合器壁面波浪状 V形凹槽的设计和微通道内长方块的设置产生周期性的流场，从而引发混沌流。将阻块倾斜设置或增加微通道内 阻块的数量，混沌流作用增强，从而促进流体混合。最后考察了不同贝克来数 下流体的混合性能，发现微通道 混合量纲一长度与ln 之间呈线性关系。 关键词 ：微混合器；混沌混合；计算流体力学 ；线拉伸；李雅普洛夫指数 中图分类号：Tu411；TU472．5 文献标识码：A 文章编号：1005-9954(2010)12-0030-05 Numericalsimulationoffluidmixingreinforcementin micro．m ixerswith barriersembedded WANGKun，WANGJia-jun，FENGLian-fang，GUXue-ping (StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering，DepartmentofChemicalandBiologicalEngineering， ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，ZhejiangProvince，China) Abstract：Theeffectsofthegeometry，arrangementandnumberofembeddedrectangularbarriersonthemixing performanceforthreetypesofwavymicro—channelswereinvestigatedbycomputationalfluiddynamics(CFD) method．Themasstransportationmodelbasedontheflow fieldwasappliedtosimulatethemixingprocess，interms ofmixingsnapshotsandfluidsmixingrate．Th eaveragedfluidlinestretchingandLyapunovexponentwereusedto chraacterizethechaoticbehavior，whichwasinducedbytheperiodicvelocityfield inthemicro—channels，dueto theV—shapedgroovesandbarriers．Bysettingthebarriers slantwiseorchangingitsgeometry andnumber，chaos wasfurtherenhanced，reinforcingthe fluidsmixingmore effectively．Themixingperformanceofeachmixerby differentPecletnumberPewasstudied，andhtedimension—onemixinglengthwasfoundtorgow linearlywithInPe． Keywords：micro—mixer；chaoticmixing；computationalfluiddynamics；fluidlinestretching；Lyapunovexponent 微混合器是微流体系统研究的重要方向之一， 发混沌流，进而提升流体