微通道反應(yīng)器是廣泛使用的微反應(yīng)器,通過光刻、蝕刻和機(jī)械加工的方法可以方便地在硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料上制作尺寸各異的微通道。根據(jù)流體的加入方式不同,微通道反應(yīng)器又分為T型、水力學(xué)聚焦、同軸環(huán)管和幾何結(jié)構(gòu)破碎等多種類型。
相對于傳統(tǒng)反應(yīng)器,微反應(yīng)器內(nèi)流體的流動和分散尺度要小1~2個數(shù)量級,這使得微反應(yīng)器具備了很多優(yōu)異的性能,而微流體的引入也使得微反應(yīng)器內(nèi)流動、傳遞規(guī)律和常規(guī)設(shè)備相比發(fā)生了一定的變化。
微尺度流體間的作用力和多相流流型單一液相流體在微反應(yīng)器內(nèi)的流動規(guī)律仍然滿足連續(xù)介質(zhì)模型,連續(xù)性方程和N-S方程對于液相微流體仍然是適用的,因此目前對于微反應(yīng)器內(nèi)的液體單相流流動行為研究還比較少,但是對微尺度下以液相為主的多相流的研究卻發(fā)展十分迅速。在微反應(yīng)器內(nèi)影響多相流流動行為的作用力相對于常規(guī)反應(yīng)設(shè)備發(fā)生了一定變化,在微尺度下黏性力、慣性力和界面張力是主要的作用力,重力的作用比這些力小1~5個數(shù)量級,Ca數(shù)、We數(shù)是描述微尺度流動的重要的無因次準(zhǔn)數(shù)。在微反應(yīng)器內(nèi)基本上不存在攪拌槳等動力輸入設(shè)備,因此在微反應(yīng)器內(nèi)液滴或者是氣泡的破碎、聚并規(guī)律也主要取決于流體自身黏性力、慣性力和界面張力的作用。在微反應(yīng)器內(nèi)這幾種作用力的大小和作用方向可以通過微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、反應(yīng)器壁面的浸潤性和實(shí)驗(yàn)的操作條件來調(diào)控。例如,通過調(diào)整微通道的進(jìn)料方式和流體與壁面的接觸角,就能夠控制微通道內(nèi)是哪一相分散、分散的尺度是多少等影響反應(yīng)過程的關(guān)鍵參數(shù)。
