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磁性微混合器混合性能的實驗研究

來源:功能材料  作者: 王瑞金 林小禾 林建忠

  

  1 引 言

  目前,國際上已有的不同類型微流體混合器可分為主動混合器和被動混合器兩類。對于被動混合器,由于微流器件的尺寸很小,Reynolds數非常小,流體處于層流狀態,流體間的混合基本上依賴于擴散,所以混合效果不甚理想。雖然也有各種加速擴散的措施和方法,如R.H.Liu等[1]研制的三維蛇型管道混合器;A.D.Stroock等[2]根據混沌混合原理設計了魚刺型微混合器;R. J. Wang等[3]設計和模擬了一種能將流體分層的被動式微混合器,這些微混合器是利用流體扭曲拉長而增加流體接觸的面積而加強流體間的擴散。然而,這些通道的制造有較大的難度,而且流體的應變率增大。主動式混合器是利用外力破壞流動的層流狀態,其目的都是為了在最短時間內實現微尺度下低Reynolds數流體的快速均勻混合。如C.M.Ho[4]和F.Koji等[5]在芯片中預埋電線,當電線中通上電流,產生磁場,使磁性顆粒的受力變化,從而改變流場達到加速混合的目的。R.Rong等[6]研制了有3組磁頭的微混合器,安排好磁頭的信號可以產生旋轉磁場,從而改變磁珠的運動軌跡,加強流體的混合。M.Gru2mann[7]等在一個圓形通道周圍某些固定的位置放置永磁鐵,使流經的磁性顆粒受力而改變流動方向,破壞層流狀態。但只有在某個流體組分中含磁性顆粒情況下這些方法才適用。

  本文的目的是用聚合的磁流體在旋轉磁場作用下的運動,來破壞流體的層流狀態,產生混沌對流而加強流體間的混合,并對磁場強度、旋轉頻率和入口流量等對混合效率的影響進行實驗研究,弄清哪些因素會對混合效率產生什么樣的影響,為磁性微混合器的設計提供基礎。

  2 磁性微混合器基礎

  2.1 磁流體的制備

  分別配制0.4mol/L的FeCl350ml和FeCl230ml水溶液,將兩種溶液混合攪拌,然后在封閉環境下邊充分攪拌邊滴加25%的NH4OH溶液7.5~8ml,繼續充分攪拌30min,靜置,溶液中的粒子在過量的NH4OH作用下沉淀,傾出上層清液,并用去離子水洗滌沉淀3~5次,最后用乙醇清洗一次,加入0.5ml的油酸后充分攪拌15min,分散到40ml的煤油得到不同顆粒濃度的磁流體[8]。

  2.2 旋轉磁場下磁性流體的動力學特性

  研究磁力和粘性力的相互競爭,須引入無量綱參數—Mason數,它是衡量磁力和粘性力關系的參數,Mason數[9]定義為:

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標簽:責任編輯:admin  時間:2018-11-25  點擊:

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