声学和流体动力学协同增强微通道混合性能：实验验证

为了验证模拟结果，我们制作了实际设备并进行了混合实验（图5）。自动注射泵分别将水和含有罗丹明6G的溶液注入两个进口，然后通过倒置显微镜捕捉靠近出口的场景（图5A）。从靠近出口通道的一条线上提取的归一化灰度值的标准差被计算为混合指数，其中较小的值表示混合效果较好（图5B）。实验结果证实了之前内容中的所有模拟分析。如图5i所示，在流量和幅度方面，声学效应在低流量（4 mL/min）时可以显著增强混合程度，而在高流量（500 mL/min）时，流体动力学效应取代了声学效应。在中等流量（20 mL/min和100 mL/min）下，混合依赖于声学效应和流体动力学效应的共同作用。此外，还测试了更高流量为2500 mL/min的混合性能，结果得到了令人满意的混合液体（图S7）。这表明我们的设备可以在500 mL/min以上的流量下应用。对于曲率，曲率较大的通道在混合方面表现更好，特别是在高流量下（图5ii）。值得注意的是，实验中直通道和弯曲通道之间的混合程度差异比模拟中预期的要大得多。这是因为二维模拟无法模拟现实中弯曲通道中存在的迪安流，正如前面所述。对于锐边密度，更多的锐边结构导致更好的混合效果（图5iii）。对于倾斜角度，它与混合性能呈负相关（图5iv）。