优化电动力学湍流微混合器中的混合与流动转捩

微混合器是芯片实验室中的关键元件，在化学与工程的分析和测量中有广泛应用。先前的研究报道，在截面尺寸为 100 ${\mu}$m 量级的 Y 型微混合器中可实现电动力学（EK）湍流。尽管在体流雷诺数为 O(1) 时即可产生超快湍流混合，但该微混合器尚未经过优化。在本研究中，我们系统考察了电场强度、交流频率、电导率比和入口处通道宽度对“Y”型电动力学微混合器中混合效果及转捩电瑞利数的影响。研究发现，在宽度为 350 ${\mu}$m 的微混合器中，于 100 kHz 和 1.14*10^5 V/m 交流电场下，电导率比为 1:3000 时实现最优混合。在此条件下，可在距入口 84 ${\mu}$m 和 100 ms 处达到 0.93 的最大混合度。对临界电场和临界电瑞利数的进一步研究表明，EK 流动失稳的最不稳定条件与 EK 湍流中的最优混合条件并不一致。为预测高 $Ra_{e}$ 下 EK 流动的演化，有必要采用计算湍流模型，而非线性失稳分析。