微反应器凭借良好的传热与传质能力在微化工行业中被广泛应用,在化工原料的生产过程中,往往出现含固体颗粒的高粘性产物,其在微通道的液固两相或多相流动过程中,高粘颗粒间的相互作用、颗粒与壁面之间的作用力以及通道内的涡流等因素会导致颗粒的粘结团聚和贴壁现象,从而引发微通道内的堵塞,严重影响微反应器的性能以及连续化生产,因此研究微反应器内的流动与颗粒粘结特性的机理分析对具有粘性产物的反应在微反应器中的应用提供重要的理论指导意义;微反应器的结构优化减少了粘性颗粒的堵塞,提升了微反应器在粘性产物领域的应用范围,对提升微反应器内的性能、降低故障率是非常必要的。本文使用CFD-DEM耦合的方法,分别对Y形微通道入口段和反应核心区内的流动、混合和颗粒粘结机理进行了理论分析和结构优化,得到混合强度最高、粘结率最低的入口段和反应核心区的结构参数。在此基础上,研究了该最优结构应用于微反应器时的流动和颗粒粘结特性,主要包含以下研究内容:1)对Y型微通道入口处的流动及颗粒粘结特性进行研究,入口速度、颗粒浓度和Y型微通道的分叉角度都对微通道的流动及颗粒的粘结特性有重要影响。研究结果表明,随着流动速度的提高、颗粒浓度的增大,颗粒接触数也越来越大,颗粒在流动速度发生改变的位置容易粘结以致微通道堵塞。本文对分叉角分别为60°、90°、120°、180°的入口通道进行了研究,结果表明,沉积率随着分叉角的增大而增加,当角度大于120°时,沉积率增加更为迅速。综合考虑选取分叉角度为60°的Y形入口通道。2)本文对直通道、扩缩通道与心形通道三种结构的流动混合特性进行了研究,结果表明心形通道混合效果最优,故在心形通道的基础上进行结构优化。对含片状分流阀的微通道反应核心区内的颗粒粘结特性进行分析,研究了分流阀片的曲率对颗粒粘结特性的影响,根据颗粒的瞬态运动分析,确定最优方案;另外,分流阀的形状对于微通道核心反应区的混合及粘结特性至关重要,进一步利用拓扑优化对含片状分流阀的心形微通道结构进行优化设计。3)本文对优化前后的入口和核心区域的综合特性进行对比分析,通过对比发现微通道经过优化后,流体流动的平均速度提高,流动更加稳定,且优化后结构的压力损失基本不受颗粒粘结的影响,压降始终保持稳定,有利于提高微通道内部溶液的反应效率,促进反应产物的稳定产出。从颗粒粘结方面看,优化后的颗粒粘结率相比优化前减少了14.4%,优化后的微通道流体流速较快,通道内稳定的流速减少了颗粒团簇的生成,不容易发生堵塞,生产效率更高。