一種柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微混合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合器，具體是一種柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微混合器。該微混合器的混合方式為被動式混合。
【背景技術(shù)】
[0002]微混合器通道的結(jié)構(gòu)是微流控分析研究的重要方向之一，微流控分析器件在微流體技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、分析化學(xué)等領(lǐng)域扮演了重要角色。
[0003]流體混合就是將兩種或多種不同的流體摻雜在一起，經(jīng)攪拌或其他物理過程以形成一種均勻混合物的過程。從物理本質(zhì)來看，混合是兩種過程共同作用的結(jié)果:一是不同流體之間的擴(kuò)散作用，即使在靜止的區(qū)域內(nèi)，流體之間也會由于固有的分子擴(kuò)散作用而發(fā)生混合現(xiàn)象，這種擴(kuò)散作用可以使待混合流體之間的濃度差逐漸縮??；另一種作用則是施加于待混合流體上的對流作用，它使待混合流體被分割、變形，并在整個(gè)混合域內(nèi)重新分布，使得待混合流體之間相互混雜，這種作用可使不同流體間界面面積增加。
[0004]即使在微尺度條件下，單純依賴擴(kuò)散作用亦是無法達(dá)到完全混合的。分子擴(kuò)散始終存在，但在流體單元變得足夠小之前，其比表面積的大小不足以使擴(kuò)散速率成為促進(jìn)混合的最主要因素。擴(kuò)散作用是由于分子的布朗運(yùn)動產(chǎn)生的，驅(qū)動流體分子從濃度高處向濃度低處擴(kuò)散
[0005]由于微混合器的特征尺寸小，微混合器內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re —般小于100，幾乎始終處于層流狀態(tài)，難以快速、有效地混合。對微混合器結(jié)構(gòu)做特定設(shè)計(jì)，或設(shè)置阻礙塊是實(shí)現(xiàn)微通道內(nèi)流體迅速均勻混合的簡便有效方法。
[0006]目前，為了能使液體混合更加快速和均勻。研究人員主要通過兩種方式來提高被動式微混合器的混合效率。一是通過對被動式微混合器通道做特定的設(shè)計(jì)，二是通過在被動式微混合器通道內(nèi)設(shè)置阻礙物的設(shè)計(jì)。
[0007]總而言之，無論是什么方式都是通過增強(qiáng)待混合流體上的對流作用，使待混合流體被分割、變形，并在整個(gè)混合域內(nèi)重新分布，使得待混合流體之間相互混雜，進(jìn)而增加不同流體間界面面積，促進(jìn)不同的液體混合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的，是提供一種柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微型散熱器。
[0009]采用的技術(shù)方案是:
[0010]柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微混合器，由外套、圓柱形混合通道芯、輸入端蓋、輸出端蓋和多個(gè)微圓柱構(gòu)成，多個(gè)微圓柱的軸線均指向圓柱形混合通道芯的軸線，且多個(gè)微型圓柱的軸線均與圓柱形混合通道芯的軸線垂直，即微圓柱的圓柱軸線是圓柱形混合通道芯的外圓表面的法線，多個(gè)微型圓柱的內(nèi)端均與圓柱形混合通道芯的外圓表面固定連接；所述的外套為圓筒狀，外套套設(shè)在圓柱形混合通道芯上，多個(gè)微型圓柱的外端均抵頂在外套的內(nèi)筒壁上，且緊密貼合；輸入端蓋扣設(shè)在外套的上端，輸出端蓋扣設(shè)在外套的下端，輸入端蓋上開設(shè)有混合液體輸入口，輸出端蓋上開設(shè)有混合液體輸出口 ；
[0011]微圓柱在圓柱形混合通道芯的外圓表面的排布滿足生物科學(xué)中的葉序理論的VanIterson 模型，其模型為 Φ = η* Θ，R = const, h = c*n，η = O, 1，2，..., nmax；即在柱標(biāo)系下，η是微圓柱的排布序數(shù)，R為第η個(gè)微圓柱在柱坐標(biāo)系的極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)半徑，且R是一個(gè)常數(shù)值，即柱形混合通道芯的母體半徑；Φ為第η個(gè)微圓柱在極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)角度；Θ為第η個(gè)微圓柱與第η+1個(gè)微圓柱之間在極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)夾角，且Θ =137.508° ；h為第η個(gè)微圓柱在柱坐標(biāo)系中ζ，軸方向的位置坐標(biāo)；c是微圓柱在z軸方向上的尺寸分布常數(shù)，單位為mm。
[0012]所述的微圓柱為圓柱形，其按照Van Iterson模型規(guī)律排布在圓柱形混合通道芯的外圓表面，微圓柱的直徑d控制Φ0.5mm?Φ 1.5mm范圍內(nèi)，高度控制在0.05mm?0.3mm范圍內(nèi)。
[0013]所述的分布常數(shù)c可在0.1Omm?0.16mm范圍內(nèi)選取，保證微圓柱總的橫截面面積相對圓柱形混合通道芯的母體外圓表面面積的比率控制在35%?65%范圍內(nèi)。
[0014]所述的混合液體的輸入端蓋的內(nèi)表面與圓筒狀外套的外表面之間，以及混合后液體的輸出端蓋的內(nèi)表面與圓筒狀外套的外表面之間的裝配連接為過盈配合，以確保對混合液體的密封。
[0015]發(fā)明的理論依據(jù):
[0016]本發(fā)明的目的是提供一種用于微流控分析中的被動式微混合器，進(jìn)一步改善兩種微流體的混合效果，提高分析效率。
[0017]本發(fā)明是基于生物學(xué)的葉序理論的Van Iterson模型設(shè)計(jì)出種柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微混合器。
[0018]生物學(xué)中的Van Iterson模型是描述松果和菠蘿等具有圓柱狀母體表面的籽粒排布的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，即Φ = η* Θ，R = const，h = c*n，η = O, 1，2，…，nmax;其中，n是在柱坐標(biāo)系下籽粒在果實(shí)母體表面的排布序數(shù)，R為第η個(gè)籽粒在柱坐標(biāo)系下極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)半徑，且R是一個(gè)常數(shù)值，也是果實(shí)母體的半徑；Φ為第η個(gè)籽粒在極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)角度；Θ為第η個(gè)籽粒與第η+1個(gè)籽粒之間在極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)夾角，且Θ =137.508°，為黃金分割角；h為第η個(gè)籽粒在柱坐標(biāo)系中ζ軸方向的位置坐標(biāo)；c是ζ軸方向上的分布常數(shù)，通常以mm為單位。
[0019]這種排布結(jié)構(gòu)是自然界生物為適應(yīng)環(huán)境進(jìn)化選擇的結(jié)果，它使籽粒在幾何空間上實(shí)現(xiàn)了最大填充和位置的互補(bǔ)，并且籽粒排布形成了一族順時(shí)針的籽粒葉列線螺旋和一族逆時(shí)針的籽粒葉列線螺旋。
[0020]在設(shè)計(jì)柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微混合器時(shí)，如果把混合區(qū)域內(nèi)的每個(gè)微圓柱(或稱阻礙塊)看成一個(gè)籽粒，那么微圓柱在微混合器的圓柱形混合通道芯母體的外圓表面的排布就可以按照Van Iterson模型的描述進(jìn)行排布，微圓柱的排布模型也為Φ = η* Θ，R =const，h = c*n，n = O, 1，2，...，nmax;S卩在柱標(biāo)系下，η是微圓柱的排布序數(shù)，R為第η個(gè)微圓柱在柱坐標(biāo)系的極坐標(biāo)面上位置的極坐標(biāo)半徑，且R是一個(gè)常數(shù)值，它也是圓柱形混合通道芯母體的半徑；Φ為第η個(gè)微圓柱在極坐標(biāo)面上位置的極坐標(biāo)角度；Θ為第η個(gè)微圓柱與第η+1個(gè)微圓柱之間在極坐標(biāo)面上位置的極坐標(biāo)夾角，且Θ = 137.508°，也為滿足黃金分割角；h為第η個(gè)微圓柱在柱坐標(biāo)系中ζ軸方向的位置坐標(biāo)；c是微圓柱在ζ軸方向上的分布常數(shù)，單位為_。這樣柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)的微混合器的微圓柱在圓柱形混合通道芯的母體外圓表面的幾何位置上實(shí)現(xiàn)了黃金分割律排布，達(dá)到最大填充和位置互補(bǔ)，并形成了微圓柱間的順時(shí)針和逆時(shí)針葉列線螺旋溝流體通道，能提高微混合器的混合效率。
【附圖說明】
[0021]圖1是冷杉果和菠蘿的籽粒葉序結(jié)構(gòu)排布圖。
[0022]在圖1中的I是籽粒，2是逆時(shí)針籽粒葉列線螺旋，3是順時(shí)針籽粒葉列線螺旋，4是果實(shí)母體。
[0023]圖2是菠蘿和冷杉果在圓柱母體上籽粒的葉序結(jié)構(gòu)排布Van Iterson數(shù)學(xué)