Micro-LIF и численное исследование смешения в микроканале

Abstract

Flow regimes and mixing pattern in a T-type micromixer at high Reynolds numbers were studied by numerical solution of the Navier–Stokes equations and by particle image velocimetry (micro-PIV) and laser induced fluorescence (micro-LIF) experimental measurements. The Reynolds number was varied from 1 to 1000. The cross section of the mixing channel was 200 μm×400 μm, and its length was 3000 μm. Five different flow regimes were identified: (I) steady vortex-free flow; (II) steady symmetric vortex flow with two horseshoe vortices; (III) steady asymmetric vortex flow; (IV) unsteady periodic flow; (V) stochastic flow. Maximum mixing efficiency was obtained for stationary asymmetric vortex flow. In this case, an S-shaped vortex structure formed in the flow field. Good agreement between calculation and experiment was obtained.

В статье с помощью численного моделирования и экспериментальных методов micro-PIV и micro-LIF исследованы режимы течения и смешения жидкостей в микромиксере Т-типа в широком диапазоне значений числа Рейнольдса от 1 до 1000. Поперечное сечение канала равнялось 200 мкм×400 мкм, а длина канала была равна 3000 мкм. Было обнаружено пять различных режимов течения: (I) стационарное безвихревое течение; (II) стационарное симметричное вихревое течение с двумя подковообразными вихрями; (III) стационарное асимметричное вихревое течение; (IV) нестационарное периодическое течение; (V) хаотическое течение. Максимальное значение эффективности смешения наблюдается при стационарном асимметричном вихревом течении. В этом случае в потоке формируются S-образные вихревые структуры. Показано хорошее соответствие расчётных и экспериментальных данных.