均匀液液化学反应在化工行业中起着至关重要的作用，应用范围广泛，包括小分子合成[1,2]以及聚合物材料生产[[3], [4], [5]]。这些反应对于提升产品质量、降低制造成本以及减少环境影响具有重要意义，从而为工业发展和可持续发展做出重要贡献[[6], [7], [8], [9], [10]]。然而，传统的批量反应器在处理均匀液液体系时往往存在混合效率低、传质和传热性能有限的问题。这些问题导致操作流程复杂、难以精确控制，还存在潜在的安全风险，因此限制了它们在环保且高效的化学反应中的应用。微流反应器因其精确的可控性、快速响应、更高的安全性、环境友好性以及操作灵活性，成为一种有前景的替代方案，已被广泛应用于精细化学品合成[[11], [12], [13], [14]]、微/纳米材料制备[[15], [16], [17]]、环境保护[[18], [19], [20]]以及生化反应过程[[21], [22], [23], [24]]。尽管取得了这些进展，但在实现显著的工艺强化与反应器放大之间取得平衡仍是一项重大挑战。
在均匀液液流动系统中，微流反应器能够提供微观尺度环境，增加不同液体之间的接触面积，缩短混合路径，从而有效促进反应物的分子扩散和混沌对流[[25], [26], [27]]。微混合结构通常可分为几何扭曲通道结构、分合结构、隔板型结构以及阵列孔结构，这类结构主要通过增加界面面积、引发二次流以及促使流体元素不断发生拉伸、折叠、分裂和重新汇聚来增强混合效果[[28], [29], [30]]。对于扭曲通道结构，Yousefi等人[31]研究了横截面形状和偏心比的影响，发现轴向扭曲引发的二次流和混沌对流使得某些矩形横截面通道在雷诺数1–400的范围内能够实现超过90%的混合效率。在分合结构方面，Afzal等人[32]设计了具有正弦形收敛-发散壁面的通道，通过周期性的界面重分布和二次流，在雷诺数为70时实现了近90%的混合效率。在隔板型和阵列孔结构中，三维螺旋隔板能够持续引发横向传输和界面更新[33]，而阵列孔则能以相对较低的混合成本促进局部分流、重新汇聚以及流体重新分布[34]。因此，这两种结构概念在控制压降的同时具有协同增强混合效果的潜力，被选为本研究中后续流场设计的基础。此外，结合多种工艺强化策略还有助于优化反应器配置、加速反应动力学进程并提升整个系统的性能[35,36]。不过，现有的流场结构设计大多侧重于实现传质过程中的高效混合，而压降变化、雷诺数效应以及传质过程中的传热性能等方面仍有待进一步研究和优化[[37], [38], [39], [40]]。提高混合效率往往会导致压降上升，而流场结构的改进又会同时影响传质和传热过程，这给流场设计带来了更大挑战[[41], [42], [43]]。为了降低能耗并确保操作安全，有必要设计出能够在保持低压降的同时有效提升均匀液液反应器中传质和传热性能的小型流场结构。
基于以上考虑，本研究重点探讨了用于均匀液液反应的微流反应器中流场结构及工艺强化的创新设计。首先，系统研究了流场结构、螺旋角以及雷诺数对这些反应性能的影响；其次，通过对这些因素的系统性研究找到了理想的反应器配置。随后，评估了结合碳化硅材料的矩形集流管散热装置在提升导热性能方面的效果。最后，比较了有无内部流场结构的反应器的混合指数和平均温度，以确定二者结合是否能在传质和传热方面实现同步优化。研究结果将为高效安全微流反应器的集成设计提供理论依据和工程指导。
