王锋,孙中国,刘启新,张凯,席光

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

微型混合器通常指整体尺寸在毫米级或微米级的混合器,其在细胞裂解、微物质搅拌混合、芯片散热以及高能炸药制备等工业过程中起着重要的作用。较小的尺寸在精确控制混合室内部流动的同时可提供较大的表面积比,从而实现高效混合以及强化换热。传统混合器由于安全因素,往往不能进行连续生产,须在搅拌结束后重新卸料、装料继续混合,限制了混合效率。微混合器常常集成在仅有几厘米的芯片上,由外加磁场等无接触式动力驱动,具有较高的安全性,易于实现连续化生产。

由于微混合器整体尺寸较小,雷诺数常在100以下,流动以层流为主,主要通过局部二次流形成漩涡来增强流体间的掺混与返混。常用数值仿真方法有多重参考系法、滑移网格法以及动网格法等。Khoshmanesh等采用滑移网格法研究了T型进口双叶片微搅拌器内转速对混合率的影响,发现转速过高会使混合恶化[1]。He等针对用于培养藻类的微生物混合器,利用离散相模型研究了轴向螺旋叶片对混合器内藻类流动和生长的影响并通过实验进行了验证[2]。

上述传统网格法在处理混合器内部大变形流动时容易出现网格畸变,在追踪混合界面、描述掺混机理方面存在一定困难。粒子法作为一种基于拉格朗日坐标系的CFD方法,完全摆脱了网格约束,已应用到混合现象的研究中。Laurent利用离散元方法(DEM)研究了长直圆管内轴向旋转叶片对管道内颗粒混合的影响[3]。……