孟婷婷

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司， 陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司， 陕西 西安 710075；3.国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室， 陕西 西安 710075）

引言

芯片实验室（Lab-on-a-Chip）作为近年来兴起的研究热点，在基因分析、生物检测、化学工程[1-3]等领域有着广阔的应用前景。由于微尺度下液体流动时Reynolds数比较低，低Reynolds数下的流体混合以扩散为主，以至混合时间很长，这就需要设计能提高混合速度的微混合器[4-7]。

作者通过阅读相关文献，设计了两种在微通道底部设置挡块的通道底部阻碍式微混合器，并对其混合机理、流场特性进行了数值模拟研究。

1 控制方程

连续性方程可以写为:

其中：▽为哈密顿算子，V为速度矢量。

组分的对流扩散方程可以写为:

式中：C为组分浓度，D为扩散系数。

对于不可压缩理想流体，忽略重力作用，动量守恒方程为：

式中：p为压力，ρ为流体的密度，μ为流体的动力粘度。

为了比较不同模型的混合效果，根据数理统计的原理，可以用标准差来衡量其混合效果：其中：Ci为统计区域的样品液浓度或者检测液浓度，N为统计区域被统计量的数量为被统计量的平均值标准差σ值在0～0.5范围内变化，0表示检测液与样品液完全混合，0.5表示完全没有混合。

2 通道底部阻碍式微混合器的设计

2.1 结构设计

通道底部阻碍式微混合器就是在微通道的底部按照一定规律放置一些与主流方向成一定夹角的阻碍物，来改变流体的流线，得到与主流方向垂直的二次流、混沌对流，增强对流作用，增加流体的横向运输，从而达到提高混合效率的目的。……