[发明专利]集成合成双射流激励器的微通道混合器及其应用方法

说明书

本发明公开了一种集成合成双射流激励器的微通道混合器及其应用方法。该微通道混合器从下到上依次包括基板、压电振子、盖板；基板依次设有进样口、混合通道、出样口；混合通道一侧设有合成双射流激励器；合成双射流激励器包括合成射流腔体和合成射流喷口，合成射流喷口和混合通道相连，合成射流腔体包括下层腔体和上层腔体，下层腔体位于基板，上层腔体位于盖板，下层腔体和上层腔体之间为压电振子；合成射流喷口包括下层腔体喷口和上层腔体喷口。合成射流冲击混合通道壁面后形成了多纵向涡流动结构，在纵向涡的卷吸下，混合通道内样品的混合效率将大幅提升。本发明具有结构紧凑、不受内外压差影响、混合增强效果突出、灵活可调、易于集成等优势。

技术领域

本发明涉及微流体化学分析技术领域，具体地，涉及一种集成合成双射流激励器的微通道混合器及其应用方法。

背景技术

多种流体的混合增强是化学、生物等涉及微流体混合、反应的技术领域的重要研究方向。所谓的流体混合是指将两种或两种以上的流体流入同一混合器，并通过一定的混合方式获得一种分布均匀的流体混合物。随着混合器尺寸的不断减小，目前的流体混合器以微米或亚毫米量级的微流体混合器为主，该设备具有混合速度快、能量消耗少、安装空间小等突出优点。然而，随着混合器特征长度的缩小，流体的流动状态逐渐从湍流过渡至层流。在层流条件下，流体的对流效应很弱，流体之间的掺混主要依靠扩散效应，这就导致流体的混合变得相对较为困难。

在上述工程需求下，研究人员已经开发了多种微流体混合增强装置，根据强化混合是否需要外加驱动装置，可以将微流体的混合器分为主动式增强和被动式增强。通常被动式混合增强装置的结构较为简单，但是相对的混合强化效果较弱并且通常伴随有较大的压降损失，而主动式混合增强装置的结构一般比被动式混合增强装置复杂，但混合效果较好，并且可调节能力大幅提升，具有更好的工程应用前景。

CN109772222A和CN103638852A公开了两种基于压电式合成射流技术的主动式微混合器，但是，这两种设计均会受到微混合器泵送压力和外界环境压力差异的影响，当这一压差较大时，压电振子的振动会受到严重的阻碍，导致振幅明显减小，混合效果显著减弱。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种集成合成双射流激励器的微通道混合器及其应用方法，本发明结构紧凑、不受内外压差影响、混合增强效果突出、灵活可调、易于集成。

一种集成合成双射流激励器的微通道混合器，从下到上依次包括基板、压电振子、盖板三部分；基板依次设有进样口、混合通道、出样口；混合通道一侧设有合成双射流激励器；合成双射流激励器包括合成射流腔体和合成射流喷口，合成射流喷口和混合通道相连，合成射流腔体包括下层腔体和上层腔体，下层腔体位于基板，上层腔体位于盖板，下层腔体和上层腔体之间为压电振子；合成射流喷口包括下层腔体喷口和上层腔体喷口，下层腔体喷口位于基板，上层腔体喷口位于盖板。

所述的进样口为一个或者多个，多个时相对于混合通道对称或者非对称设置。

所述的进样口和混合通道之间进一步设有进样通道。

所述的下层腔体喷口和上层腔体喷口的竖直深度均小于混合通道竖直深度的1/2。

所述的一种集成合成双射流激励器的微通道混合器，通过改变施加在所述压电振子上的电压值和电压频率可实时调节混合通道内样品的混合程度，并且上下层腔体的吹、吸过程正好相反，合成双射流激励器的总质量流量为零，微通道混合器的流量能够始终保持稳定。

所述的微通道混合器，合成双射流激励器的下层腔体喷口和上层腔体喷口位于混合通道的同侧，使两者喷出的合成射流在冲击混合通道壁面后的旋转方向一致，确保相邻下层腔体喷口和上层腔体喷口产生的合成射流转化而成的纵向涡能够相互融合，从而降低纵向涡的耗散速度、增大纵向涡的影响范围，提升混合通道内样品的混合效果。