南京理工大学&哈尔滨工业大学(深圳):多级混合设计实现宽雷诺数超高效均匀混合

Synergistically enhanced high-efficiency mixing in multi-stage micro-mixers with hybrid design

Jun Dong*（董军）, Jiangkun Liu, Huimin Lv, Yonggang Zhu, Chengyue Wang*（王成跃）

Keywords: Hybrid micromixer; SAR mixer; Focus mixer; Secondary flow; Chaotic mixing; Microfluidic mixing; Laminar flow mixing

DOI: 10.1016/j.partic.2025.12.006

微流控技术在生物医学、化学分析、材料科学等领域应用广泛，传统被动式微混合器由于微通道内低雷诺数层流等因素导致混合难，混合时间长等问题，难以兼顾高通量、宽雷诺数适配与高混合效率。本文设计并分析了两种新型微混合器：多通道型（Mixer 1）与超高效型（Mixer 2），通过结构创新实现了微流控混合的性能跃升。

研究团队将树状分布器、分流-重组混合器（Split-and-Recombine，SAR）和聚焦混合器（Focus mixer）巧妙集成。树状结构实现8通道均匀分流；SAR混合器通过面包师变换（Baker's transformation）和二次流增强横向输运；聚焦混合器则通过多次分叉-合并过程减薄液层厚度并诱发二次流，显著缩短扩散距离。

实验结果显示，在雷诺数0.5至120范围内，Mixer 1与Mixer 2相结合的微混合器的混合效率超过97%。

该研究打破了传统被动式微混合器的单结构设计思维，通过功能模块化的集成实现了混合机制的协同增强，并在宽雷诺数范围、高通量、超高效混合上实现了性能突破，同时通过多维度的分析方法完成了混合机制的深度解析。其研究成果在生物检测、即时诊断、微合成等领域具有广泛应用前景。