專利名稱：：微型工藝技術(shù)中的表面特征的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及微通道設(shè)備，其包括具有用來(lái)改善流動(dòng)的內(nèi)表面特征(feature)的微通道；本發(fā)明還涉及使用所述微通道結(jié)構(gòu)的方法，以及具有這些特征的設(shè)備的制造方法。介紹近年來(lái)，在工業(yè)和學(xué)術(shù)方面對(duì)微型設(shè)備表現(xiàn)出了極大的興趣。人們之所以產(chǎn)生這些興趣是因?yàn)槲⒓夹g(shù)包括以下的優(yōu)點(diǎn)尺寸減小、生產(chǎn)能力提高、能按大小排列具有任意所需能力的系統(tǒng)(即"增加(numberup)"通道的數(shù)目)、提高傳熱和提高傳質(zhì)。Gavrilidis等已提供了涉及微型反應(yīng)器(微通道設(shè)備部分)的一些成果的評(píng)論，參見(jiàn)《微型工藝反應(yīng)器的技術(shù)和應(yīng)用(TechnologyAndApplicationsOfMicroengineeredReactors)》Trans.IchemE，第80巻，A部分，第3-30頁(yè)(2002年1月)。表面特征已被用于微通道內(nèi)進(jìn)行混合?，F(xiàn)有技術(shù)在微流體應(yīng)用中使用表面特征來(lái)增強(qiáng)極低雷諾數(shù)下兩股流體流的混合。通常雷諾數(shù)的數(shù)值小于IOO,更常約為0.1-10。良好的混合器定義為離開(kāi)所述微混合器的物料在橫截面上的物質(zhì)組成差異很小。另外，現(xiàn)有技術(shù)提出在低雷諾數(shù)下使用表面特征是特別有效的，但是隨著雷諾數(shù)增大超過(guò)10或100，混合效率會(huì)降低。Svasek在1996首先討論了基于使用具有凹槽或凹入角(recessedangle)的壁的現(xiàn)有技術(shù)微混合器，其中將一系列有角度的凹槽(每個(gè)特征具有一種固定角度的斜凹槽)置于一壁中，用來(lái)將碘藍(lán)淀粉溶液與照相定影液混合。描述了與平坦的通道相比，混合獲得提高，目標(biāo)是通過(guò)使得流體在主通道中彎曲而進(jìn)行混合，使得主流動(dòng)通道中的兩種液體的擴(kuò)散距離減小，擴(kuò)散可完成最終的混合。凹槽深度與通道間隙之比為0.25。Johnson,Ross和Locascio在2001年12月在網(wǎng)上又描述了使用具有凹槽的表面，他們描述了使用使用四種斜凹槽(每個(gè)特征具有一種固定的斜凹槽)來(lái)增強(qiáng)微混合器主通道中的混合。作者描述了對(duì)于所有評(píng)價(jià)的情況，在較低流速或較低雷諾數(shù)下都改進(jìn)了混合。他們還描述了在四個(gè)重復(fù)的同樣凹槽的區(qū)之后對(duì)斜凹槽增加不同的角度。盡管性能獲得提高，但是隨著雷諾數(shù)的增大，混合性能會(huì)降低。凹部或凹槽的深度與通道間隙之比為2.74。在2002年1月，Strook等在Science中描述了兩種凹槽通道微混合器的使用，該具有固定的斜角凹槽和第二圖案的微混合器被稱為交錯(cuò)人字形混合器(SHM)，其中所述有角度的特征連續(xù)六個(gè)特征后就發(fā)生變化。該工作的中心是改進(jìn)通過(guò)所述微通道的兩種低雷諾數(shù)(小于100)物流的液體的混合。作者描述了混合長(zhǎng)度隨著皮克里特準(zhǔn)數(shù)的對(duì)數(shù)值線性增大。所述皮克里特準(zhǔn)數(shù)定義為速度X通道間隙+擴(kuò)散系數(shù)。在較高的速度下，所需的混合長(zhǎng)度增大，表示不利于混合。對(duì)于SHM，凹槽深度與通道間隙之比的最大值為0.6。同樣在2002年，Strook等在AnalyticalChemistry中描述了一系列類似的具有固定角度的斜角，用來(lái)混合雷諾數(shù)為的流體混合物，所述凹槽深度與通道間隙之比的最大值為1.175。該作者描述了流動(dòng)為螺旋形，這與旋轉(zhuǎn)流體物流的螺距有關(guān)。作者聲稱交錯(cuò)的人字形混合器將會(huì)通過(guò)在低雷諾數(shù)下產(chǎn)生拉格朗日混亂而加速微流體器件中的混合。Johnson和Locascio在2002年6月描述了一種微混合器，其具有四種連續(xù)的傾斜凹槽，以增強(qiáng)總體流動(dòng)通道中的混合。作者聲稱當(dāng)凹部或凹槽深度增大到高達(dá)50微米時(shí)，通道中的液體傳遞獲得提高，而超過(guò)該深度時(shí)，則不提高。更深的深度被稱為死區(qū)區(qū)域，流體或分子可能會(huì)被俘獲在該區(qū)域內(nèi)而不是混合。雷諾數(shù)小于l。作者還聲稱具有凹部或凹槽的通道的軸向分散高于平坦的或無(wú)凹部的壁的軸向分散。凹槽深度與通道間隙之比為0.32-2.74。作者提到當(dāng)比值超過(guò)1.6時(shí)，不會(huì)有進(jìn)一步的改進(jìn)。在所有的情況下，圖表顯示混合流體幾乎沒(méi)有進(jìn)入凹槽的內(nèi)壁。Strook禾口Whitesides在2003年在AccountsofChemicalResearch中討論了使用交錯(cuò)的人字形混合器，通過(guò)以規(guī)律的間隔或周期改變凹槽的取向，使主通道中的流體拉伸和彎曲。對(duì)于雷諾數(shù)小于l的情況，使用的凹槽深度與通道間隙之比為0.44。作者聲稱混合長(zhǎng)度與流速的對(duì)數(shù)值成正比，這是因?yàn)榻诲e(cuò)的人字形混合器(SHM)促進(jìn)了主流動(dòng)通道中的混亂的平流。在未混合的通道中，混合長(zhǎng)度與流速成正比。作者還聲稱SHM減小了微通道中的泊蕭葉流動(dòng)的分散。在2003年，Aubin等在ChemicalEngineeringTechnology中描述了斜向混合器，該斜向混合器會(huì)產(chǎn)生極少的對(duì)流混合，這是因?yàn)閲@通道的邊緣產(chǎn)生了強(qiáng)的螺旋流，但是并沒(méi)有包括通道的中央流。與之相反，SHM產(chǎn)生了極好的通道內(nèi)混合。在此研究中，凹槽深度與通道間隙之比小于0.6。雷諾數(shù)為2。作者聲稱，發(fā)現(xiàn)在通道凹槽中流體變形(表示流體伸展或運(yùn)動(dòng))的程度最低，但是這可能不是用來(lái)對(duì)混合性能進(jìn)行量化的良好的度量。Wang等在2003年7月，在J.Micromech.Microeng中公開(kāi)了大量對(duì)帶具有圖案的凹槽的微通道的研究。凹槽深度與通道間隙之比為0.1-0.86。所用的雷諾數(shù)為0.25-5。該圖案由一系列同樣的斜角凹槽組成，每個(gè)凹槽具有固定的角度。作者聲稱凹槽的高寬比(aspec.tratio)是混合最重要的變量，該高寬比為0.86時(shí)要優(yōu)于高寬比為0.1的情況。在主通道中的流動(dòng)圖案似乎是單一的渦流。從圖中可以看出，當(dāng)雷諾數(shù)增大時(shí)，剪切速率或定義的螺旋性的幅度更低。循環(huán)中的平均剪切或螺旋性似乎與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。作者聲稱對(duì)于該種幾何結(jié)構(gòu)不存在混亂的平流。作者聲稱微通道中具有圖案的凹槽產(chǎn)生了死體積，但是較深的特征也可改進(jìn)混合和縮短混合的通道長(zhǎng)度。據(jù)稱這些混合器可以在較低的流速(Re〈5)下工作，這減小了壓降。Bennett和Wiggins在2003年，在網(wǎng)上公開(kāi)了SHM的各種幾何結(jié)構(gòu)的對(duì)比。具體來(lái)說(shuō)，除去了短支段(shortleg)，將凹槽的深度減半和加倍。雷諾數(shù)小于0.1。發(fā)現(xiàn)除去短支段時(shí)，使用深度加倍的凹槽比原來(lái)的SHM改進(jìn)混合；凹槽的深度減半則混合略遜于原來(lái)的SHM。作者聲稱混合器的效果是由于溝道混合造成的,一些流體在凹槽或溝道中，在通道內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為流體增加了額外的剪切，從而增強(qiáng)了混合。由于提出了這種機(jī)理，作者認(rèn)為可以除去SHM的短支段而幾乎沒(méi)有影響-從而產(chǎn)生僅有一個(gè)角度的特征。作者還聲稱有凹槽的通道的壓降小于簡(jiǎn)單的無(wú)凹槽的通道，這是因?yàn)榘疾鄣拈_(kāi)口有效地發(fā)揮作用，削弱無(wú)滑動(dòng)邊界條件。最后，作者討論了混合長(zhǎng)度隨著Pe的對(duì)數(shù)值增大的函數(shù)關(guān)系。也即混合長(zhǎng)度隨著速度或擴(kuò)散距離的增大而增大或隨著質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)的減小而增大。Kim等在2004年4月公開(kāi)了嵌入障礙的混亂微混合器的使用，所述障礙置于主流動(dòng)通道內(nèi)，該主流動(dòng)通道內(nèi)還具有一系列有角度的凹槽的陣列，每個(gè)特征包括一個(gè)角度。作者聲稱特征可以在通道的頂部和底部形成圖案，可以獲得更強(qiáng)的螺旋流動(dòng)。作者聲稱更強(qiáng)的螺旋流動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生更高級(jí)別的混合。凹槽深度與通道間隙之比為0.15。障礙高度為40微米，延伸入60微米的微通道間隙中。雷諾數(shù)在0.228-2.28范圍內(nèi)變化。作者顯示，在微通道內(nèi)的特定長(zhǎng)度內(nèi)(21毫米)，混合強(qiáng)度隨著雷諾數(shù)的增大而減小，混合長(zhǎng)度隨著雷諾數(shù)的增大而呈對(duì)數(shù)關(guān)系增大。另外，在2004年4月，Schonfeld和Hardt公開(kāi)了關(guān)于微通道中螺旋流動(dòng)的工作。他們聲稱從通道壁的傳熱獲得提高，在通道內(nèi)傳遞的濃度示蹤物的流體動(dòng)力分散減小。他們從數(shù)值上評(píng)價(jià)了一種表面特征圖案，該圖案在微通道的任意一個(gè)或兩個(gè)壁上具有斜角凹槽，凹槽深度與通道間隙之比為0.02-6.3。作者聲稱，在凹槽凹部中，表面特征內(nèi)平面的y(通道寬度)方向和x(通道長(zhǎng)度)方向的橫向速度矢量的平均比從-l線性地增大到-0.4，而且在主要通道流動(dòng)路徑中以指數(shù)關(guān)系增大，直至在通道中心線上O處變平，即在總體流動(dòng)通道中，基本沒(méi)有凈橫向通道流動(dòng)。橫向通道流矢量大體上以相同的速率來(lái)回運(yùn)動(dòng)。作者聲稱通過(guò)兩個(gè)壁，待混合的兩股流體流之間的層流纏結(jié)增加，從而產(chǎn)生了增大的邊界間表面區(qū)域，用于主通道內(nèi)的擴(kuò)散混合。作者分析了相對(duì)橫向速度對(duì)雷諾數(shù)的依賴性，報(bào)道了他們發(fā)現(xiàn)依賴性驚人地弱。當(dāng)雷諾數(shù)從1變化到1000時(shí)，斜脊內(nèi)的絕對(duì)橫向速度會(huì)增大，該結(jié)構(gòu)之上的相對(duì)橫向速度僅受到極小的影響。對(duì)于所述的情況，跨越微通道的間隙，主通道內(nèi)平均y速度和x速度之比約為O。隨著雷諾數(shù)增大，在寬度方向上跨越主通道的流體相對(duì)速度不變。Locascio在2004年5月公開(kāi)了微流體混合的綜述。她聲稱混合是由于流體通過(guò)通道底部的特征之上時(shí)發(fā)生的流體轉(zhuǎn)動(dòng)或彎曲而造成的。在通道的底部幾乎無(wú)流體運(yùn)動(dòng)。通過(guò)擴(kuò)散混合在凹槽通道器件中發(fā)生混合，通過(guò)彎曲作用減小了兩種流體之間的擴(kuò)散長(zhǎng)度，從而增強(qiáng)了所述擴(kuò)散混合。而且在2004年5月，Kang和Kwon公開(kāi)了對(duì)傾斜凹槽微混合器(所有的特征具有一種角度)，SHM和障礙嵌入微混合器的比較。各種微混合器的凹槽深度與通道間隙之比為0.1765。各種微混合器包括24個(gè)連續(xù)的特征，所述SHM包括兩組的12個(gè)特征，具有兩種角度的特征的頂點(diǎn)從通道的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)。據(jù)描述雷諾數(shù)約為O.Ol。據(jù)描述，傾斜凹槽混合器是很差的混合器，SHM是最佳的混合器。通道內(nèi)流動(dòng)圖案顯示，在主流動(dòng)通道中，流體發(fā)生彎曲和混合。Liu，Kim和Sung在2004年7月公開(kāi)了評(píng)價(jià)有凹槽的微混合器的研究。將Strook在Science上的文章中所述的尺寸成比例放大，保持恒定的高寬比，以評(píng)價(jià)水力直徑為200微米與111微米的通道。所得的凹槽深度與通道間隙之比為0.23。當(dāng)雷諾數(shù)為1時(shí)的混合性能略優(yōu)于雷諾數(shù)為10的情況。作者聲稱，在較高雷諾數(shù)時(shí)，由于流體在混合器內(nèi)停留時(shí)間顯著縮短，造成混合性能變差。Strook和McGraw在2004年3月公開(kāi)了一種簡(jiǎn)單的蓋驅(qū)動(dòng)(lid-driven)空穴流模型，以將混合圖案與實(shí)際實(shí)驗(yàn)定性地進(jìn)行比較。該模型以0.9毫米的總表面特征重復(fù)單元長(zhǎng)度考察SHM。凹槽深度與通道間隙之比為0.44。在模型中使用雷諾數(shù)接近O的斯托克斯流，與Re-0.01的流動(dòng)相比較。該模型定性地描述了試驗(yàn)的結(jié)果，特別是描述了一種"流體瓣(obeoffluid)"以從右至左的瓣和從左至右的瓣流過(guò)SHM凹槽的運(yùn)動(dòng)。但是，模型斯托克斯流將其歸入非慣性流，在非慣性流中流的慣性無(wú)法與動(dòng)量擴(kuò)散相競(jìng)爭(zhēng)。Sato等在2004年ll月公開(kāi)了一項(xiàng)在三個(gè)壁上具有傾斜單角特征的研究。作者描述產(chǎn)生了密集的螺旋流。凹槽深度與通道間隙之比為0.3。作者聲稱，當(dāng)兩個(gè)側(cè)壁上的特征有位移，其中一排5個(gè)傾斜凹槽位于一個(gè)側(cè)壁上，然后中斷，同時(shí)一排5個(gè)傾斜凹槽在相對(duì)的側(cè)面上開(kāi)始，然后中斷，以此類推，這時(shí)可以獲得較好的結(jié)果。在此研究工作中，雷諾數(shù)小于10。Howell等在2005年4月公開(kāi)了一項(xiàng)研究，其中在微通道的頂部和底部設(shè)置有凹槽。所述凹槽由以下形式組成一組4個(gè)傾斜單角凹槽，然后是四個(gè)人字形凹槽，然后又是4個(gè)單角凹槽，以此類推。凹槽深度與通道間隙之比為0.24-0.74。研究的雷諾數(shù)為0.06-10。流體主要在主流動(dòng)路徑中拉伸和彎曲，產(chǎn)生更密間隔的薄層用于擴(kuò)散混合。作者聲稱，他們發(fā)現(xiàn)在整個(gè)被研究的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，未觀察到流動(dòng)圖案發(fā)生顯著變化。Yang，Huang和Lin在2005年8月公開(kāi)了一項(xiàng)幾何結(jié)構(gòu)對(duì)流體在有凹槽的微混合器中混合的影響的研究。據(jù)描述，所述流體也發(fā)生彎曲和拉伸，以減小混合的擴(kuò)散長(zhǎng)度。凹槽深度與通道間隙之比為0.15-0.44。雷諾數(shù)為IO。作者聲稱壓力損失和混合指數(shù)之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性。作者評(píng)價(jià)了具有以下形式的SHM:先是成排的6個(gè)一組的同樣特征，然后改變接下來(lái)6個(gè)一組同樣特征的頂點(diǎn)沿主通道寬度的位置。認(rèn)為凹槽中的流量與主通道中流量的比值是混合的很重要的度量。凹槽中最大流速與主通道中流速之比為8.9%。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明中，可以使用微通道中的表面特征，隨著雷諾數(shù)的增大提高單元操作。在本發(fā)明中，所述表面特征可有益地用于Re等于或大于100的情況，在一些實(shí)施方式中，Re等于或大于200、等于或大于100，在一些實(shí)施方式中Re為300-2200。另外，通過(guò)使用表面特征，還對(duì)湍流狀態(tài)(turbulentregime)提供了額外的驚人的提高。在本發(fā)明的許多方面中，很重要的組成部分是流體分子與"活性表面"的相互作用。如果在一個(gè)表面上發(fā)生物質(zhì)交換或熱量交換，則認(rèn)為該表面是活性的。所述表面包括凹槽的底面和側(cè)面，以及特征之間的脊。"脊"是連接至少兩個(gè)開(kāi)放表面特征，并對(duì)主流動(dòng)通道開(kāi)放的壁或表面。當(dāng)流體與活性表面的相互作用數(shù)量增加，單元操作的性能進(jìn)一步提高。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)器，可將非均相催化劑置于表面特征內(nèi)、微通道的頂部或脊上、或者平坦區(qū)域內(nèi)，任選沿所有表面或選定的表面設(shè)置。擴(kuò)散并非是唯一的使反應(yīng)物質(zhì)向活性壁運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力，平流或?qū)α鞒蔀槭狗磻?yīng)物快速運(yùn)動(dòng)到催化壁和將產(chǎn)物從壁移到總體流動(dòng)流的主要推動(dòng)力。例如，如果僅有擴(kuò)散作為將物流從整體運(yùn)動(dòng)到活性催化壁的主要推動(dòng)力，則對(duì)于總接觸時(shí)間為數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒操作的氣相化學(xué)反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，特征時(shí)間可能約為數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒。對(duì)于85(TC、l.O巴的l毫米通道內(nèi)的甲垸和空氣流，擴(kuò)散系數(shù)約為2.2厘米2/秒，離通道間隙中心的擴(kuò)散距離(假設(shè)催化劑設(shè)置在微通道間隙兩側(cè)的活性表面特征上)約為0.5毫米。結(jié)果擴(kuò)散的特征時(shí)間約為1毫秒。對(duì)于高速度和高層流雷諾數(shù)實(shí)施例(對(duì)于85(TC、l大氣壓、空氣中的稀甲烷流，Re約為700)，主通道中的特征平均速度為100米/秒。對(duì)于純層流，在此速度下，中心線速度是平均值的1.5倍，總共為150米/秒。在長(zhǎng)10厘米的通道中，沿通道間隙的中心線流動(dòng)的分子在通道中平均大約需要耗時(shí)0.7毫秒。因此，單通過(guò)擴(kuò)散很可能不足以使這些反應(yīng)分子碰撞活性催化劑壁。即使主通道中的速度小到十分之一，對(duì)于雷諾數(shù)小于100的情況，平均速度為10米/秒，中心線分子(表示通道間隙中心附近的分子)的停留時(shí)間將升高到7毫秒。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，僅憑擴(kuò)散，中心線反應(yīng)分子與活性催化劑壁的平均碰撞次數(shù)將少于十次。將此性能與活性表面特征(推力和拉力迫使流體和反應(yīng)物進(jìn)入表面特征)的情況相比較。模型結(jié)果顯示，對(duì)相應(yīng)的平坦通道，在x方向和y方向(z為流動(dòng)方向，x和y分別為側(cè)向(一側(cè)到另一偵ij)和橫向(頂部到底部)的流動(dòng)方向)的流速不會(huì)超過(guò)z方向的平均流速，而是約為長(zhǎng)度方向平均流速的1%，或5%，10%,20%或更高。相應(yīng)地，對(duì)于此實(shí)施例，y方向(微通道的頂部到底部，或者假定活性壁設(shè)置在兩個(gè)表面上，則為活性表面特征壁之間)的平均速度至少為l米/秒。在此速度下，反應(yīng)分子向活性表面特征壁平流的特征時(shí)間小于0.5毫秒，即小于擴(kuò)散所需時(shí)間的一半。隨著y方向流速進(jìn)一步增加，平流的特征時(shí)間相應(yīng)地縮短。僅對(duì)流和擴(kuò)散之間的時(shí)間差異是一部分的優(yōu)點(diǎn)，但是并不是全部?jī)?yōu)點(diǎn)?；钚员砻嫣卣鞯钠渌鼉?yōu)點(diǎn)是物質(zhì)分散減少，使得來(lái)自主間隙中的總體流動(dòng)的分子13與活性表面特征壁的接觸次數(shù)高得多。另外，一旦分子進(jìn)入了活性表面特征凹槽，它們離開(kāi)了總體流動(dòng)路徑，不易發(fā)生使分子離開(kāi)活性表面特征凹槽或向下游運(yùn)動(dòng)的相同的平流。通過(guò)這種方式，通過(guò)允許分子在活性表面特征中停留更長(zhǎng)的時(shí)間，減少了典型的Taylor-Aris分散，以促進(jìn)所需的單元操作?，F(xiàn)有技術(shù)的表面特征中的催化劑設(shè)置將僅能產(chǎn)生普通的提高作用，這是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的器件的目標(biāo)是允許分子在總體流動(dòng)通道中混合，而不是使其與活性表面特征壁發(fā)生活性碰撞或相互作用。對(duì)于本發(fā)明，為了獲得良好的性能，需要中心線分子與活性表面特征壁碰撞至少l次，或者2次或3次或更多次。另外，有利的是進(jìn)入包括至少一個(gè)表面特征區(qū)的至少一個(gè)通道的全部質(zhì)量中的至少30%的流體進(jìn)入表面特征區(qū)中的至少一個(gè)表面特征至少一次。"表面特征區(qū)"定義為沿微通道的流動(dòng)長(zhǎng)度、在壁內(nèi)具有小間隔的連續(xù)的表面特征系列。在本發(fā)明的方法中，"表面特征區(qū)"表示一種區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，在兩個(gè)特征之間，流動(dòng)基本不會(huì)緩和成層流拋物線流型。在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，進(jìn)入通道的質(zhì)量中的至少50%、更優(yōu)選至少70%、更加優(yōu)選至少90%的流體進(jìn)入表面特征區(qū)中的至少一個(gè)活性表面特征。對(duì)于包括均相化學(xué)反應(yīng)和熱交換器的單元操作，總體流動(dòng)物質(zhì)與活性表面特征壁之間的相互作用也有益于將熱量傳遞到相鄰的傳熱室。與現(xiàn)有技術(shù)的微混合器不同，需要使總體流運(yùn)動(dòng)到壁附近或通過(guò)壁，而不必完全均勻地混合總體流動(dòng)流。使更多新鮮的流體運(yùn)動(dòng)到活性表面附近和通過(guò)活性表面的活性表面特征壁，將比主要混合總體流的結(jié)構(gòu)更加優(yōu)選。對(duì)于這些應(yīng)用，在較高雷諾數(shù)下性能獲得提高，而不是在較高雷諾數(shù)下不利于性能提高，這是因?yàn)楦邉?dòng)量物流以重復(fù)的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)圖案運(yùn)動(dòng)，使得總體流動(dòng)彎曲通過(guò)活性表面特征，基本不會(huì)停止物流的旋轉(zhuǎn)并試圖使其以相反方向轉(zhuǎn)回。一旦物流在活性表面特征中開(kāi)始以固定的方向旋轉(zhuǎn)，其以相同的方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而證實(shí)渦量高，這樣流體向活性表面特征壁的流動(dòng)獲得加強(qiáng)。隨著在較高雷諾數(shù)下動(dòng)量的增加，使得流體旋轉(zhuǎn)的相對(duì)渦量或角向力(angleforce)也隨之增大，這樣與活性表面特征壁或在其附近接觸或碰撞的次數(shù)也隨之增加。但是對(duì)于這些情況，渦量不是唯一的因素。僅使得流體在總體流動(dòng)路徑中旋轉(zhuǎn)的圖案，例如通過(guò)跨越微通道壁寬度的單角斜向特征凹槽形成的圖案，無(wú)法做到將中心流動(dòng)物流拉入活性表面特征。在本發(fā)明中，活性表面特征壁圖案的幾何結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成增強(qiáng)與活性表面特征"接觸"(定義為分子穿破活性表面特征凹槽的平面，進(jìn)入凹陷的具有角度的凹槽中)。優(yōu)選的活性表面特征在微通道至少一個(gè)壁的寬度上具有一種以上的角度。"至少一種角度"意味著斜率改變-特征不是直線，而是包括彎曲形狀；所述特征優(yōu)選是鄰接的，例如為人字形或鋸齒形；但是在一些實(shí)施方式中，如果特征的組成部分對(duì)齊，則具有"至少一種角度的"表面特征可以是不連續(xù)的，因此除了間隙以外，凹陷或凸起將會(huì)連接-一個(gè)例子是具有缺頂?shù)娜俗中谓Y(jié)構(gòu)。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的例子，常規(guī)分子在表面特征內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間與在通道內(nèi)花費(fèi)的平均停留時(shí)間的相對(duì)比約小于10%，而在本發(fā)明中，常規(guī)分子在活性表面特征中花費(fèi)的時(shí)間與在通道內(nèi)花費(fèi)的平均停留時(shí)間的相對(duì)比優(yōu)選約大于15%，更優(yōu)選大于20%，更優(yōu)選約大于30%。分子在活性表面特征中花費(fèi)的時(shí)間定義為分子破壞表面特征平面并已從總體流動(dòng)路徑中移出后所花費(fèi)的時(shí)間。"總體流動(dòng)路徑"從入口到出口是基本連續(xù)的，所述活性表面特征通常沿流動(dòng)路徑的長(zhǎng)度開(kāi)始和停止。對(duì)于本發(fā)明，隨著停留時(shí)間的縮短，所述活性表面特征相對(duì)于對(duì)應(yīng)的無(wú)特征或平面的或平滑的壁的性能提高通常會(huì)獲得改進(jìn)。無(wú)特征的壁由微通道限定，該微通道的間隙不包括凹陷特征的深度，且具有相同的寬度和長(zhǎng)度。隨著雷諾數(shù)的增加，慣性作用力的重要性隨之增大。對(duì)于較高的慣性或動(dòng)量的物流，將動(dòng)量保持在單一的初始方向而不是使方向顛倒或改變，能更容易使物流保持旋轉(zhuǎn)。當(dāng)物流保持旋轉(zhuǎn)時(shí)，其保持使越來(lái)越多的物流或分子流入活性表面特征中，它們可以在所述活性表面特征中與交換熱量或物質(zhì)或此二者的壁相互作用。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了微通道設(shè)備，該設(shè)備包括包括表面特征的微通道；所述微通道的至少一段的特征為特征進(jìn)口長(zhǎng)度大于10;所述段的長(zhǎng)度至少為l厘米；所述段包括多個(gè)類似的重復(fù)表面特征；所述類似的重復(fù)表面特征在每個(gè)類似的表面特征中包括至少一種角度。較佳的是，微通道的大部分周邊具有表面特征；例如，矩形微通道的相對(duì)面。另一方面，本發(fā)明提供了微通道設(shè)備，該設(shè)備包括由至少三個(gè)微通道壁限定的微通道；所述微通道的至少一段的特征是特征進(jìn)口長(zhǎng)度數(shù)(featureentrancelengthnumber)大于10;所述段至少為l厘米長(zhǎng)；所述段包括多個(gè)類似的重復(fù)表面特征;所述類似的重復(fù)表面特征在每個(gè)類似的表面特征中包括至少-種角度。另一方面，本發(fā)明提供了微通道設(shè)備，該設(shè)備包括微通道，該微通道包括具有表面特征的微通道壁；所述表面特征包括增大所述微通道壁的表面積的亞圖案結(jié)構(gòu)(sub-patterning);還包括至少設(shè)置在所述包括亞圖案結(jié)構(gòu)的表面特征上的催化劑組合物。另一方面，本發(fā)明提供了微通道設(shè)備，該設(shè)備包括微通道，該微通道包括具有超過(guò)15個(gè)類似的重復(fù)表面特征的微通道壁。在每個(gè)類似的表面特征中，所述類似的重復(fù)表面特征包括至少一種角度。本發(fā)明任一方面的特征還包括本文所述的任意特征。例如，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微通道具有兩個(gè)相對(duì)的主壁，所述相對(duì)的主壁包括表面特征，其中所述表面特征深度與通道間隙之比大于0.3。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，微通道并聯(lián)操作，并通過(guò)歧管連接。流向并聯(lián)微通道的流量分布優(yōu)選是均勻分布，每個(gè)通道中的質(zhì)量流量之差小于35%(25%，10%)。對(duì)于包括非均相催化或者在高于100的Re下的傳熱的工藝，本發(fā)明的設(shè)備可表現(xiàn)出優(yōu)良的結(jié)果。另-一方面，本發(fā)明提供了微通道設(shè)備，該設(shè)備包括微通道，其包括微通道壁，所述微通道壁包括交錯(cuò)人字形混合器(SHM)結(jié)構(gòu)的表面特征，所述SHM具有在有角度的表面特征之間的間隔;和位于該間隔內(nèi)的填充特征。再一方面，本發(fā)明提供了一種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括，提供微通道設(shè)備，所述微通道設(shè)備包括微通道；所述微通道包括兩個(gè)相對(duì)的微通道壁以及位于所述兩個(gè)相對(duì)的微通道壁之間的間隙；所述微通道壁中的至少一個(gè)包括至少10個(gè)連續(xù)的類似的表面特征；所述類似的表面特征各自包括至少一種角度，表面特征深度與通道間隙之比至少為0.4;在大于100的Re下，使流體流過(guò)所述微通道。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，存在設(shè)置在表面特征上的催化劑或吸著劑。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，存在與所述包括一系列類似的表面特征的微通道壁接觸的散熱器或熱源。在許多優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法在短接觸時(shí)間和/或高雷諾數(shù)(Re)和/或高Pe(皮克里特準(zhǔn)數(shù))的條件下操作。另一方面，本發(fā)明提供了一種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括在大于100的雷諾數(shù)Re下使流體流過(guò)微通道；所述微通道包括表面特征；在所述表面特征中對(duì)所述流體進(jìn)行單元操作。所述單元操作可以是本文討論的任何單元操作，但是不是單獨(dú)的混合(盡管混合通常與其它單元操作一起發(fā)生)。另一方面，本發(fā)明提供了一種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括使流體通過(guò)通道進(jìn)口進(jìn)入微通道；所述微通道在至少一個(gè)表面特征區(qū)內(nèi)包括表面特征；超過(guò)30%(更優(yōu)選至少50%，75%或90%)的進(jìn)入質(zhì)量的流體進(jìn)入所述表面特征區(qū)中至少一個(gè)表面特征的體積之內(nèi)；在所述表面特征區(qū)內(nèi)對(duì)流體進(jìn)行單元操作。進(jìn)入所述表面特征的流體的質(zhì)量是根據(jù)本文提供的方法和描述確定的。另一方面，本發(fā)明提供了在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括表面特征；在各個(gè)表面特征中，所述表面特征包括至少一種角度；散熱器或熱源與所述活性表面特征熱接觸。流體在大于100的Re下通過(guò)所述微通道，結(jié)果是熱量傳遞到微通道中流動(dòng)的流體或從所述流體傳走熱量。較佳的是，所述散熱器或熱源包括熱交換器，該熱交換器優(yōu)選包括微通道。另一方面，本發(fā)明提供了一種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括微通道壁，該微通道壁包括一個(gè)區(qū)，該區(qū)包括與熱源或散熱器熱接觸的表面特征；使流體流過(guò)所述微通道，通過(guò)至少一個(gè)微通道壁，在流體和熱源或散熱器之間進(jìn)行熱交換；在包括表面特征的區(qū)產(chǎn)生壓降；在該區(qū)中傳遞的熱量除以在相同條件下、在沒(méi)有特征的區(qū)中傳遞的熱量(hsF/ho)所得的數(shù)值，至少是該區(qū)中的壓降除以相同條件下沒(méi)有特征的區(qū)中的壓力(dPs"dPo)所得數(shù)值的l.l倍。"無(wú)特征的區(qū)"不是同一器件內(nèi)沒(méi)有特征的另一區(qū)，而是(通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算)模擬的與所述區(qū)相同、但是用壁代替所述特征的器件。本發(fā)明還包括一些設(shè)備，其特征是通過(guò)本文所述的技術(shù)測(cè)得的該設(shè)備的傳熱獲得提高。另一方面，本發(fā)明提供了一種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括第一區(qū)和第二區(qū)；所述第一區(qū)包括第一系列的表面特征；所述第二區(qū)包括第二系列的表面特征；使流體通過(guò)所述微通道，使得流體在所述第一和第二區(qū)中混合，但是在這些區(qū)之間基本緩和成拋物線型流。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第一系列表面特征的特性不同于第二系列(例如不同的平均特征深度-但是可選擇本文所述的任意特性)。在一些實(shí)施方式中，第一單元操作在所述第一區(qū)中進(jìn)行，不同的單元操作在所述第二區(qū)中進(jìn)行。另一方面，本發(fā)明提供了一種制造層疊的微通道制品的方法，該方法包括將具有看穿(seethrough)表面特征的第一片材與包括微通道的片材相鄰疊置，使得所述看穿表面特征置于微通道的一側(cè)上；將包括空穴的第二片材與所述第一片材相鄰疊置，使得所述第二片材上的空穴與所述第一片材上至少一個(gè)看穿特征相鄰。所述空穴可以是看穿特征。本發(fā)明還包括通過(guò)本文所述的任意技術(shù)制造的設(shè)備。在再一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種對(duì)微通道涂敷遮蓋涂層(washcoating)的方法，該方法包括提供包括多個(gè)類似的重復(fù)表面特征的微通道，在各個(gè)類似的表面特征中，所述類似的重復(fù)表面特征具有至少一種角度；在所述多個(gè)類似的重復(fù)表面特征上施涂遮蓋涂層。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用較深的特征可以改進(jìn)性能。例如，特征的深度至少為相對(duì)的微通道表面之間間隙距離的20%;在-一些實(shí)施方式中至少為30%,在一些實(shí)施方式中為相對(duì)的微通道表面之間間隙距離的20至約100%。在一些實(shí)施方式中，所述表面特征的深度大于所述間隙距離的100%，最高可達(dá)間隙的500%。一些優(yōu)選實(shí)施方式的另一發(fā)明特征是，所述表面特征的行程(run)寬度與通道間隙的尺寸比。本發(fā)明可用的應(yīng)用包括但不限于非均相催化反應(yīng)(例如固體催化劑被設(shè)置在微通道壁上的情況)；均相催化反應(yīng)；均相非催化反應(yīng)；蒸餾；乳液形成；改進(jìn)的傳熱；混合；氣液反應(yīng)；吸收，吸附和其它氣-液分離或液-液分離。本發(fā)明還可用于其它可通過(guò)分子與活性壁的碰撞促進(jìn)的應(yīng)用。例如，可將傳感器或檢測(cè)器表面優(yōu)先置于活性表面特征之內(nèi)，使得更多的本體溶質(zhì)可以與活性表面碰撞，從而活化所述活性表面。這對(duì)于流體中的稀釋劑可以是特別有用的。本發(fā)明還可用來(lái)當(dāng)流體中稀釋的或濃縮的廢料分子流過(guò)設(shè)置在活性表面特征內(nèi)的表面上的活性轉(zhuǎn)化劑或分離劑時(shí)，破壞這些廢料分子。本發(fā)明還可用于酶促反應(yīng)或生物反應(yīng)器，同樣優(yōu)選使反應(yīng)分子與催化劑碰撞，所述催化劑是生物催化劑，也可以不是，例如為酶或更多的常規(guī)非均相催化劑。如果催化劑被固定或附著在表面上，但是仍然部分延伸到表面之上，以產(chǎn)生更多的表面積，則本發(fā)明可進(jìn)一步獲得提高。延伸的表面或者固定的催化劑或者固定的活性試劑(例如吸著劑)或其它能夠與溶質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)或物理相互作用的表面均可將表面特征總深度的一小部分延伸到壁以上(<10%)，或者可以將表面特征總深度的顯著部分延伸到壁以上(10%-100%)。在一些本發(fā)明的方法中，延伸的表面或固定的部分(tether)可延伸入總體流動(dòng)路徑中。所述固定的部分可以是剛性的，不會(huì)隨著流體在表面特征或總體流動(dòng)路徑中的剪切而運(yùn)動(dòng)，或者所述固定的部分可以隨著流體的剪切而運(yùn)動(dòng)。對(duì)于非剛性固定部分的情況，這種次級(jí)運(yùn)動(dòng)可能會(huì)在流體流場(chǎng)中產(chǎn)生另外的空間或瞬時(shí)梯度，或造成所述固定部分自身的運(yùn)動(dòng)。后者可能更加有益于進(jìn)一步減小流體分子和活性試劑之間的傳質(zhì)限制，所述活性試劑設(shè)置在活性表面特征壁上，或者其上連接的固定的延伸部分上。本發(fā)明還包括用于催化化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法(例如均相乙烯形成或非均相蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化)，該方法包括使反應(yīng)物流體組合物流入微通道中，在該微通道中存在催化劑，或者催化劑可與所述反應(yīng)物一起加入，在所述微通道中使所述反應(yīng)物流體組合物反應(yīng)形成所需一種或多種產(chǎn)物。本發(fā)明還包括使用本文所述的任何設(shè)備進(jìn)行單元操作的方法。本發(fā)明包括預(yù)先結(jié)合的片材的疊層，以及結(jié)合的器件。結(jié)合表示通過(guò)任意方式連接，這些方式包括擴(kuò)散結(jié)合，銅焊，焊接，膠合，反應(yīng)結(jié)合，以及其它方法。所述結(jié)合的工具可包括位于具有圖案的區(qū)域之上和/或具有圖案的區(qū)域的凹陷之內(nèi)的涂層(例如催化劑涂層)，也可不包括這些涂層。本發(fā)明還包括在本文所述的任意設(shè)備中進(jìn)行的化學(xué)方法。在其它方面中，本發(fā)明提供了一種化學(xué)處理的方法，該方法包括將流體通入本文所述的任意設(shè)備中。本發(fā)明包括使用能增強(qiáng)混合的表面特征的設(shè)備和方法。還通過(guò)混合流過(guò)微通道的流體(例如實(shí)施例中的任意混合種類)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。所用術(shù)語(yǔ)的詞匯表"表面特征"是從微通道壁凸出或凹入微通道壁的結(jié)構(gòu)，它們能夠改進(jìn)微通道中的流動(dòng)。如果特征頂部的面積與特征底部的面積相等，或者前者大于后者，則該特征可看作是凹陷的。如果特征底部的面積超過(guò)了特征頂部的面積，則可認(rèn)為其為凸出的(下文討論的CRF除外)。對(duì)于非圓形表面特征，表面特征具有深度、寬度，和長(zhǎng)度。表面特征可包括圓形、橢圓形、正方形、矩形、對(duì)號(hào)(check)形、人字形、鋸齒形等，它們凹陷入主通道的壁內(nèi)。表面特征可包括亞特征，所述第一凹陷特征的主壁還包括較小的特征，這些較小的特征可以為凹口、波浪形、凹痕、孔穴、毛口、對(duì)號(hào)、扇形等的形式。圖ld中顯示了表面特征周邊的一些非限制性例子。A"空穴"是壁或片材中的部分或完全的特征，其可為活性表面特征，狹縫，孔穴，不規(guī)則或規(guī)則的形狀，或者流體流能夠在特征中發(fā)生擴(kuò)散或平流或兩者的其它體積。"緊密凹陷特征(Compactrecessedfeatures)"是主通道中的凹陷。緊密凹陷特征(CRF)除了主通道以外無(wú)流動(dòng)出口。各CRF在與主間隙的邊界處具有一個(gè)或多個(gè)封閉的周邊，各周邊封閉的表面在各處都與主通道中的總體流動(dòng)方向正交,在與主通道的邊界處由所有凹陷特征的周邊封閉的總面積占主通道中給定壁的壁面積的50%以上。CRF不具有在不重新進(jìn)入主通道的條件下從一個(gè)特征到下一個(gè)特征的連續(xù)流動(dòng)路徑。凸出不是凹陷的特征或CRF。對(duì)于兩個(gè)特征，如果其中一個(gè)特征至少50%(優(yōu)選至少80%)的周邊(該周邊是表面特征和主通道之間的邊界)可以通過(guò)沿著主通道中總體流動(dòng)方向的長(zhǎng)度平移而在另一種特征的周邊之內(nèi)重疊(各特征周邊的旋轉(zhuǎn)小于20度(或者優(yōu)選不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)))，另一特征至少50%(優(yōu)選至少80%)的周邊(該周邊是表面特征和主通道之間的邊界)可以通過(guò)沿著主通道中總體流動(dòng)方向的長(zhǎng)度平移而在所述前一特征的周邊之內(nèi)重疊(各特征周邊的旋轉(zhuǎn)小于20度(或者優(yōu)選不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)))，則稱這兩個(gè)特征是"類似的特征"或"同樣的特征"。如果限定表面特征和主通道之間邊界的周邊不平坦，則應(yīng)使用各周邊的正交(即與主通道中總體流動(dòng)方向正交)投影確定特征是否為同樣特征。表面特征的長(zhǎng)度和寬度依照與微通道相同的方式定義。深度是特征陷入微通道表面的距離；其方向與微通道高度和微通道間隙相同。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，包括層疊和結(jié)合的器件，該器件在片材表面上具有表面特征，所述表面特征深度對(duì)應(yīng)于層疊的方向。這些表面特征的尺寸表示特征的最大尺寸；例如圓形凹槽的深度表示最大深度，即凹槽底部的深度。特征的深度從表面特征與主通道相交的平面到表面特征底部(底部是與表面特征邊緣相切的平面，該平面離表面特征與主通道相交的平面最遠(yuǎn)，并且與之平行)的平均距離。特征的寬度或跨距表面特征與主通道相交的平面內(nèi)、表面特征最短的尺寸的標(biāo)稱值，或者從表面特征邊緣到表面特征邊緣的距離。特征支段(leg)的行程長(zhǎng)度(mnlength):表面特征與主通道相交的平面內(nèi)、表面特征支段的最長(zhǎng)尺寸的標(biāo)稱值。(表面)特征支段:沿著相對(duì)于主通道平均總體流動(dòng)方向的行程長(zhǎng)度、斜率沒(méi)有不連續(xù)或變化的一部分特征。重復(fù)特征的間距在垂直于特征支段的行程長(zhǎng)度的方向、重復(fù)特征之間的平均距離。特征角度表面特征支段的行程長(zhǎng)度方向與垂直于主通道中平均總體流動(dòng)方向的平面之間的夾角。表面特征優(yōu)選具有一種以上的角度。該角度可從大于0的角度變至小于0的角度。該角度可以沿著所述特征以連續(xù)的方式或不連續(xù)的方式變化。特征的取向一個(gè)區(qū)的重復(fù)表面特征相對(duì)于主通道內(nèi)相鄰的或相對(duì)的壁上的相同特征的取向。相對(duì)于特征的流動(dòng)取向主通道中平均總體流動(dòng)相對(duì)于主通道中特定壁內(nèi)凹陷的特征取向的方向。用標(biāo)號(hào)A表示主通道中的平均總體流動(dòng)方向，具有兩個(gè)支段的表面特征的各個(gè)支段的行程長(zhǎng)度傾向于沿著主通道平均總體流動(dòng)方向會(huì)聚或互相靠近。用標(biāo)號(hào)B表示相對(duì)于表面特征相反的流動(dòng)方向。對(duì)于具有兩個(gè)以上支段的特征，A取向表示相對(duì)于平均流動(dòng)方向，會(huì)聚情況大于發(fā)散情況的平均或凈特征行程長(zhǎng)度。相反地，B取向表示相對(duì)于平均流動(dòng)方向，發(fā)散情況大于會(huì)聚情況的平均或凈特征行程長(zhǎng)度。"毛細(xì)管特征"是與用來(lái)保持液體物質(zhì)的微通道相關(guān)的特征。它們?cè)谖⑼ǖ辣趦?nèi)凹陷，或者從微通道的壁凸出到與該微通道壁相鄰的流動(dòng)路徑中。該特征形成的間隔小于2毫米，更優(yōu)選等于或小于l毫米，更加優(yōu)選等于或小于500微米。所述特征的至少一個(gè)尺寸小于其位于的微通道的任意尺寸。所述毛細(xì)管特征可以為任意角度的狹縫類結(jié)構(gòu)，或者為孔穴的陣列，或者為任意其它的用來(lái)通過(guò)毛細(xì)管作用力保持液體的凹陷的或凸出的結(jié)構(gòu)。"催化劑材料"是能夠催化所需反應(yīng)的材料。催化劑材料的非限制性例子包括金屬、金屬氧化物和酸性位點(diǎn)。"催化劑金屬"是優(yōu)選的催化劑材料的形式，是能夠催化所需反應(yīng)的金屬形式的材料。特別優(yōu)選的催化劑金屬是Pd，Rh，Re，Ir和Pt。"化學(xué)單元操作"包括反應(yīng)、分離、加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝和混合。"鄰接的微通道"是被一個(gè)或多個(gè)不具有明顯的裂口或開(kāi)口的微通道壁封閉的微通道-這意味著在具有開(kāi)口的情況下，開(kāi)口(如果存在)的量不大于微通道壁面積的20%(在一些實(shí)施方式中不大于5%,在--些實(shí)施方式中沒(méi)有任何開(kāi)口)。"內(nèi)部微通道"表示在所有側(cè)面被一個(gè)或多個(gè)微通道壁限制的微通道，但是具有進(jìn)口和出口，還任選具有沿著微通道長(zhǎng)度的連接孔，例如多孔隔板或孔口，例如燃料通道和氧化劑通道之間的連接孔口。"歧管"是連接多個(gè)平行的微通道的頭部(header)或足部(footer)，與所述設(shè)備整合成一體。"微通道"是一種通道，其中至少一個(gè)內(nèi)部尺寸(壁至壁，不計(jì)催化劑)等于或小于1厘米，優(yōu)選等于或小于2毫米(在一些實(shí)施方式中約等于或小于1.0毫米)且大于100納米(優(yōu)選大于1微米)，在一些實(shí)施方式中為50-500微米。微通道還可由存在遠(yuǎn)離至少一個(gè)出口的至少一個(gè)進(jìn)口來(lái)定義。微通道不僅僅是通過(guò)沸石或中孔材料的通道。微通道的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于流過(guò)微通道的流動(dòng)方向。微通道的高度和寬度基本垂直于流過(guò)通道的流動(dòng)方向。對(duì)于微通道具有兩個(gè)主表面的層疊器件的情況(例如，通過(guò)將片材層疊和結(jié)合而形成的表面)，高度是從主表面到主表面的距離，寬度垂直于高度。表面特征的"深度"與微通道的"高度"方向相同。"進(jìn)入表面特征的流體的質(zhì)量"定義為位于表面特征區(qū)的進(jìn)口處、進(jìn)入表面特征區(qū)中的至少一個(gè)表面特征的物質(zhì)的量，進(jìn)入表面特征意味著所述流體分子破壞所述凹陷的表面特征的平面，運(yùn)動(dòng)離開(kāi)總體流動(dòng)通道。應(yīng)當(dāng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)編碼(code)評(píng)價(jià)進(jìn)入表面特征區(qū)中的至少一個(gè)表面特征內(nèi)的物質(zhì)的百分量，這允許對(duì)通過(guò)表面特征區(qū)的流體流動(dòng)軌跡線(pathline)的說(shuō)明和示蹤進(jìn)行評(píng)價(jià)。表面特征區(qū)中應(yīng)當(dāng)在深度和長(zhǎng)度方向離散最少6體積的網(wǎng)格(ce11)，以獲得合理的流動(dòng)離散化(discretization),主直通道離散了按比例設(shè)定尺寸的網(wǎng)格，保持在與表面特征相鄰的通道中以及位于表面特征之間的間隙中的網(wǎng)格尺寸連續(xù)性。應(yīng)將正確的流體動(dòng)力學(xué)模型用于進(jìn)口物流速度和橫截面。溶液應(yīng)當(dāng)良好地會(huì)聚，進(jìn)口質(zhì)量流速的總和與總出口質(zhì)量流速之差應(yīng)在±0.0001%以內(nèi)，進(jìn)入系統(tǒng)的能量必須與離開(kāi)體系的能量相平衡，其誤差在±1%以內(nèi)。在通道的進(jìn)口處，CFD編碼應(yīng)當(dāng)在通道的橫截面上均勻地分布至少100條軌跡線。進(jìn)入至少一個(gè)表面特征的軌跡線的百分?jǐn)?shù)又代表了進(jìn)入至少一個(gè)表面特征的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。主通道總體流動(dòng)的開(kāi)放路徑(主)通道寬度矩形主通道橫截面的最大尺寸。(主通道)間隙主通道橫截面的最小尺寸。主通道平均總體流動(dòng)方向沿著從進(jìn)口流向出口的一部分主通道的流動(dòng)平均方向。雷諾數(shù)，Re是常用的通過(guò)通道中的流動(dòng)觀察到的慣量對(duì)粘性作用力之比。其定義為質(zhì)量通量速率(G)X水力直徑(D)+動(dòng)態(tài)粘度01)，Re-業(yè),(1)雷諾數(shù)的數(shù)值描述了物流的流動(dòng)狀況。盡管依賴于雷諾數(shù)的流動(dòng)狀況是通道橫截面形狀和尺寸的函數(shù)，但是對(duì)通道通常使用以下范圍層流Re<2000至2200;過(guò)渡2000-2200<Re<4000-5000;湍流Re>4000-5000。"單元操作"表示化學(xué)反應(yīng)、蒸發(fā)、壓縮、化學(xué)分離、蒸餾、冷凝、混合、加熱或冷卻。盡管流體輸送經(jīng)常與單元操作一起進(jìn)行，但是"單元操作"不僅僅表示流體輸送。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，單元操作不僅僅是混合。附圖簡(jiǎn)述圖la顯示了具有交替的連續(xù)特征的表面特征圖案，這些特征用來(lái)改變通過(guò)微通道的流動(dòng)。圖lb顯示了表面特征圖案中同樣特征的系列。圖lc顯示了一些通過(guò)使表面特征相對(duì)而形成的圖案的選擇方案。圖1d顯示了表面特征的一些可能的形狀。圖2a-2e顯示了毛細(xì)管/表面特征的各種圖案。圖3a-3k顯示了表面特征的各種圖案。圖4a是以相鄰的層疊置而形成層狀表面特征的不同表面特征圖案的俯視圖。圖4b是三維表面特征的前視圖，凹陷的人字形與總體流動(dòng)微通道相鄰，在其后面在不同的深度和位置具有另外的不同形狀的特征。圖5說(shuō)明了用來(lái)增大表面積的在表面特征上的亞圖案結(jié)構(gòu)。圖6顯示了在例子中分析的表面特征圖案。圖7說(shuō)明了由圖6的表面特征圖案得到的傳熱提高。圖8顯示了表面特征與無(wú)表面特征情況相比、甲烷轉(zhuǎn)化率提高。圖9說(shuō)明了包括和不包括表面特征的情況下的壓降。圖10說(shuō)明了包括和不包括表面特征的情況下，壓降和雷諾數(shù)的關(guān)系。圖11是對(duì)于預(yù)期的有45度接觸角的液體表面和完全充滿遮蓋涂層液體的毛細(xì)管特征(全部凹槽)，比較測(cè)量和預(yù)測(cè)的每一涂層的負(fù)載量(uptake)。圖12圖示比較在平坦的試件(FC)上與在具有5密耳(127微米)、3密耳(76微米)或1密耳(25微米)深的毛細(xì)管特征的試件上的催化劑負(fù)載量。圖13圖示測(cè)試器件主體和插入試件的組合件。圖14是一個(gè)例子的附圖，顯示傳熱系數(shù)增加與壓降增加之比隨雷諾數(shù)而變化。圖15說(shuō)明了一實(shí)施例的粒子釋放位置。詳述"表面特征"是微通道壁中的凹陷(或者在不大優(yōu)選的實(shí)施方式中，從微通道壁中凸出)，其能夠幫助流體沿著不同于通過(guò)微通道的凈流動(dòng)方向(即不同于微通道長(zhǎng)度的方向)取向或產(chǎn)生流體旋轉(zhuǎn)。該特征增大了表面積，產(chǎn)生了對(duì)流，使得流體通過(guò)平流而非擴(kuò)散流向微通道壁。流動(dòng)圖案可以渦流，旋轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)，或者具有其它不規(guī)則的或混亂的圖案，但是流動(dòng)圖案并不要求是混亂的，在一些情況下，可以是非常規(guī)則的圖案。流動(dòng)圖案是隨時(shí)間穩(wěn)定的，但是也可進(jìn)行次級(jí)瞬變旋轉(zhuǎn)(secondarytransientrotation)。表面特征優(yōu)選具有傾斜角，既不平行于通過(guò)表面的凈流動(dòng)方向，也不垂直于該方向。表面特征可以與流動(dòng)方向正交，即成90度角，但是優(yōu)選具有角度。所述活性表面特征還優(yōu)選至少在一個(gè)軸向位置、沿著微通道的寬度，由一種以上角度所限定。所述表面特征的兩個(gè)或更多個(gè)側(cè)面可以是物理連接的或不連接的。沿著所述微通道寬度的一種或多種角度優(yōu)選用來(lái)將流體推出和拉出所述直的層狀流線(streamline)。對(duì)于需要與平坦通道比較傳熱的實(shí)施方式，所有的表面特征均可規(guī)定為凹陷的。"跨越間隙混合"表示在微通道中，在垂直于總體流動(dòng)的方向混合物流；在具有矩形橫截面的通道中，該術(shù)語(yǔ)表示跨越間隙、在兩個(gè)主表面之間混合。這是通過(guò)在微通道的兩個(gè)主表面上設(shè)置表面特征而完成的。達(dá)到這種混合的設(shè)計(jì)原則包括(l)在相對(duì)于主通道中總體流動(dòng)的平均方向的表面特征行程長(zhǎng)度方向提供基本具有角度的分量(component)。各表面特征支段的上游端附近主通道內(nèi)的速度將會(huì)高于各表面特征支段下游端附近的速度。頂部壁和底部壁中表面特征圖案之間的配合可以用來(lái)增大速度矢量的垂直分量，從而在側(cè)向混合不是重要的因素時(shí)，具有更大的減小外部傳質(zhì)阻力的作用。例如，通過(guò)凹陷入相對(duì)壁的表面特征，為了防止總體中形成一個(gè)或多個(gè)不容易掃入活性表面特征中的流動(dòng)芯，使用"順式"構(gòu)型要比使用"反式"活性表面特征構(gòu)型更加優(yōu)選。(2)提供足夠數(shù)量的相鄰特征，使得流體運(yùn)動(dòng)通過(guò)整個(gè)通道間隙。在各個(gè)表面特征中的更多的角度、彎曲、扭曲或其它方向變化將在通道中使流體運(yùn)動(dòng)或混合，但是對(duì)于增加特征在活性表面特征內(nèi)花費(fèi)的停留時(shí)間的分?jǐn)?shù)方面可能不是優(yōu)選的。優(yōu)選在至少一個(gè)軸向位置、沿微通道寬度的一個(gè)或多個(gè)表面特征內(nèi)具有一種以上角度，所述跨越寬度的特征可以是物理連接的，也可不是。所述相鄰特征或內(nèi)嵌的角的對(duì)齊也將用來(lái)將流體側(cè)向拉過(guò)所述通道。(3)沿著流動(dòng)長(zhǎng)度，為任意給定的微通道壁提供多個(gè)重復(fù)的基本類似的或"同樣的"特征。所述類似的特征沿流動(dòng)長(zhǎng)度的重復(fù)使得當(dāng)流體沿著通道長(zhǎng)度向下流動(dòng)時(shí)，在主通道中保持了非直線形的(即渦流形)的流動(dòng)圖案。在任意特定的微通道中可包括多種特征，包括以不同的深度凹陷入一個(gè)或多個(gè)微通道壁的特征。較佳的是，凹槽之間的間距為0.05-IO毫米，更優(yōu)選為O.l-l毫米。所述表面特征可以處于整個(gè)微通道內(nèi)，或處于其一部分之內(nèi)。具有表面特征的區(qū)域的部分可以是間斷的，以促進(jìn)設(shè)計(jì)的區(qū)域內(nèi)所需的反應(yīng)或單元操作。例如，微通道的2.5厘米的區(qū)可具有小間隔的表面特征陣列，然后是10厘米的平坦通道，然后是5厘米的較大間隔的表面特征區(qū)。較大間隔表示表面特征的間距、或特征與特征之間的距離大于表面特征行程寬度的五倍。在一些實(shí)施方式中，所述表面特征基本上在微通道的長(zhǎng)度上延伸(不包括任何流動(dòng)分布或裝歧管區(qū))。在一些實(shí)施方式中，微通道可以在等于或小于其長(zhǎng)度的50%的范圍內(nèi)具有表面特征，在一些實(shí)施方式中為等于或小于其長(zhǎng)度的20%的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中為微通道長(zhǎng)度的10-100%的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選在裝歧管區(qū)或流動(dòng)分布區(qū)中也包括表面特征，以便通過(guò)改善一些通道或區(qū)中的壓降以調(diào)節(jié)流動(dòng)分布，從而促進(jìn)或調(diào)節(jié)傳熱或調(diào)節(jié)流動(dòng)分布。通過(guò)將跨越寬度混合特征與跨越間隙混合特征結(jié)合起來(lái)，可以在單元操作中獲得優(yōu)良的混合和性能。為了提供總體的混合，可以將這兩種設(shè)計(jì)原則相互配合使用。所需的特征包括將表面特征置于相對(duì)的通道壁上；在任意一個(gè)面上形成特征，以允許流體跨越通道寬度來(lái)回運(yùn)動(dòng)；將一個(gè)面上的表面特征進(jìn)口與相對(duì)的面上的表面特征進(jìn)口對(duì)齊。也就是說(shuō)，優(yōu)先使頂板和底板之間的特征相配合，使得兩個(gè)面上的圖案在取向上基本互相成"順式"而非"反式"。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，將具有人字形或?qū)μ?hào)圖案的類似表面特征的陣列設(shè)置在一個(gè)壁上，類似的特征的類似陣列以相同的角度或基本翻轉(zhuǎn)的角(180度變換)對(duì)齊，產(chǎn)生了特別有用的圖案，該圖案可用來(lái)使流體和分子在活性表面特征內(nèi)運(yùn)動(dòng)，隨著雷諾數(shù)的增大，不成比例地延長(zhǎng)在活性表面特征內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間。優(yōu)選沿著通道長(zhǎng)度連續(xù)設(shè)置的同樣特征的最小數(shù)量取決于通道間隙和表面特征深度。類似的或"同樣的"特征沿著通道長(zhǎng)度相互相鄰地重復(fù)設(shè)置。圖lb中顯示了一個(gè)例子。這些特征產(chǎn)生的流動(dòng)圖案并不被認(rèn)為是湍流，尤其是在遠(yuǎn)離總體流動(dòng)時(shí)?？梢愿玫貙⑺隽鲃?dòng)描述為"有向(directed)層"流。所述表面特征可具有兩個(gè)或更多個(gè)層，這些層互相在頂部疊置，或者以三維圖案形式纏結(jié)。各獨(dú)立的層中的圖案可以是相同或不同的。流體可以在各個(gè)層中旋轉(zhuǎn)或平流，也可僅在一個(gè)層中旋轉(zhuǎn)或平流。亞層(定義為不與總體流動(dòng)通道相鄰)可僅用來(lái)產(chǎn)生另外的表面區(qū)域以沉積催化劑，其中流體在表面特征的第一層中旋轉(zhuǎn)，以分子的形式擴(kuò)散入第二亞層或更多的亞層中，以促進(jìn)反應(yīng)?？赏ㄟ^(guò)金屬澆注或其它方法制造三維特征，其中不同的圖案可以插入離散的平面中，這些平面仿佛在彼此的頂部疊置?？梢园l(fā)現(xiàn)與總體流動(dòng)通道相鄰的三維不同表面特征，所述特征具有不同的深度、形狀和位置，還伴有具有不同深度、形狀和位置的圖案的亞特征。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可有益地用于需要催化劑沉積、或蒸餾之類的化學(xué)分離的另外的表面區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)。圖4b顯示了一種三維表面特征結(jié)構(gòu)，其中在與總體流動(dòng)微通道相鄰的邊界處發(fā)現(xiàn)凹陷的人字形結(jié)構(gòu)，在所述人字形結(jié)構(gòu)之下具有一系列的三維結(jié)構(gòu)(淺色的線(paleline))，這些三維結(jié)構(gòu)同與總體流動(dòng)路徑相鄰的特征相連，但是由具有混雜形狀、深度和位置的結(jié)構(gòu)制成。該結(jié)構(gòu)還可有益地產(chǎn)生亞層通道，這些通道不是直接位于與總體流動(dòng)微通道相鄰的開(kāi)放表面特征之下，而是通過(guò)一條或多條曲折二維或三維通道相連。該方法可有益地用來(lái)在需要得到更寬的或更窄的停留時(shí)間分布的反應(yīng)器中產(chǎn)生設(shè)定的停留時(shí)間分布。圖2a顯示了具有各種圖案(軸向)和各種深度(側(cè)向)的表面特征。圖2a所示的表面特征的圖案在表面特征區(qū)內(nèi)單獨(dú)的表面特征內(nèi)和/或任意兩個(gè)表面特征之間引入空間變化的表面特征深度。對(duì)于一些應(yīng)用，這可能是特別有益的，在所述應(yīng)用中，表面特征內(nèi)表面特征深度的變化可產(chǎn)生更多的流體旋轉(zhuǎn)或渦量，使得流體之間或從流體到催化劑壁的外部傳質(zhì)阻力顯著減小。圖2b的圖案可特別有益地作為下層表面圖案，其位于至少一個(gè)或多個(gè)其它表面特征片之下，以增大催化劑或物質(zhì)交換劑可用的表面積。圖2c的圖案顯示了具有劃格特征的表面特征。圖2d的圖案同時(shí)引入了具有角度的特征和水平特征。所述特征幾何結(jié)構(gòu)可以沿工藝通道的長(zhǎng)度變化。這種設(shè)計(jì)可以特別有益地作為下層表面圖案片，該片用來(lái)固定更多的催化劑或物質(zhì)交換劑，同時(shí)還能為具有角度的特征(其優(yōu)選與該片相鄰)產(chǎn)生更深的深度。所述第二有角度的片與流動(dòng)路徑相鄰，引起流體旋轉(zhuǎn)。所述有角度的特征的不同的深度可以在流動(dòng)路徑中產(chǎn)生更多的湍流或明顯的湍流。表面特征深度優(yōu)選的范圍是小于2毫米，更優(yōu)選小于l毫米，在一些實(shí)施方式中為0.01-0.5毫米。表面特征的側(cè)向?qū)挾鹊膬?yōu)選范圍應(yīng)足以幾乎跨越微通道寬度(如人字形設(shè)計(jì)中所示)，但是在一些實(shí)施方式中(例如填充特征中)能夠跨越微通道寬度的60%或更少，在一些實(shí)施方式中為40%或更少，在一些實(shí)施方式中約為10-50%。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述表面特征圖案中至少一個(gè)角相對(duì)于微通道寬度的取向角度為10。，優(yōu)選為30°,或更大(90。是平行于長(zhǎng)度方向，0°是平行于寬度方向)。在與微通道寬度相同的方向測(cè)量側(cè)向?qū)挾?。所述表面特征的?cè)向?qū)挾葍?yōu)選為0.05毫米至100厘米，在一些實(shí)施方式中為0.5毫米至5厘米，在一些實(shí)施方式中為l-2厘米。微通道相對(duì)面上的凹陷的特征可以相配合，以顯著增大傳熱和傳質(zhì)的水平。凹陷入微通道壁中的基本斜向的(相對(duì)于長(zhǎng)度或流動(dòng)方向)流動(dòng)路徑是用于本發(fā)明的促進(jìn)流動(dòng)圖案的基本結(jié)構(gòu)單元(buildingblock),可以在相對(duì)的壁上配合，以便相對(duì)于僅在單個(gè)壁上的相同的或類似的圖案提供驚人的優(yōu)良的混合。由于凹陷的流動(dòng)路徑的基本斜向的性質(zhì)，凹陷的通道中的速度包括顯著的平行于微通道中總體流動(dòng)的平均方向、或與該方向成角度的分量，從而在所述凹陷的通道中引起顯著的流動(dòng)。然而，當(dāng)微通道一個(gè)主面上的凹陷通道中的斜向流動(dòng)路徑適當(dāng)?shù)嘏c相對(duì)面上的流動(dòng)路徑相配合時(shí)，開(kāi)放微通道中垂直于平均總體流動(dòng)方向的流動(dòng)會(huì)非常有效地得到促進(jìn)。垂直流動(dòng)能夠特別有利于減少在層流微通道中存在的外部傳質(zhì)或傳熱限制。具體來(lái)說(shuō)，垂直于總體流動(dòng)方向的流動(dòng)的平流速率使得流體流向微通道壁的速率要比僅通過(guò)擴(kuò)散造成的傳質(zhì)速率大至少兩倍或五倍或十倍或更多。因此，由固定在微通道壁或與微通道壁相鄰的載體結(jié)構(gòu)上的催化劑推動(dòng)的反應(yīng)將具有更高的表面反應(yīng)物濃度，從而具有更高的總反應(yīng)速率。垂直平流和速度矢量也有利于傳熱，這是因?yàn)檫@增大了表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，減小了流體溫度的邊界層限制D在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所引起的垂直流動(dòng)可通過(guò)以下方式獲得提高(l)戰(zhàn)略性地將能夠?qū)⒘黧w拉入一面上凹陷的通道內(nèi)的特征置于一種位置，該位置對(duì)應(yīng)于相對(duì)面上能夠?qū)⒘黧w拉入相對(duì)面上凹陷的通道的位置(即順式構(gòu)型)，(2)將相對(duì)的壁保持足夠近(保持微通道間隙足夠窄)，以使得相對(duì)的面之間發(fā)生相互作用。通常，如果需要側(cè)向混合(跨越通道的寬度)，則相對(duì)面上的特征應(yīng)當(dāng)用垂直于平均總體流動(dòng)方向的平面內(nèi)的基本斜向的分量促進(jìn)流動(dòng)。在此情況下,所述特征應(yīng)當(dāng)配合以做到這一點(diǎn)。凹陷在開(kāi)放微通道的壁內(nèi)的基本斜向的特征具有在總體流動(dòng)方向的長(zhǎng)度分量，該長(zhǎng)度分量?jī)?yōu)選等于或大于側(cè)向(通道寬度方向)的分量，更優(yōu)選至少是側(cè)向分量的兩倍。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)在整個(gè)通道中產(chǎn)生多個(gè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)混合，在這些點(diǎn)，流體首先被分裂(流動(dòng)發(fā)散)，然后在其它的位置與流體重新合并(流動(dòng)會(huì)聚)。在本發(fā)明中，這可通過(guò)使用具有交替的發(fā)散和會(huì)聚結(jié)構(gòu)的基本斜向的特征來(lái)完成。例如，可以跨越通道側(cè)向設(shè)置多個(gè)人字形結(jié)構(gòu)或角度，而不是在微通道中固定的軸向位置設(shè)置一個(gè)點(diǎn)或角度或人字形結(jié)構(gòu)。這些特征優(yōu)選的發(fā)散和會(huì)聚的圖案將利用上文列出的三個(gè)原則，即相對(duì)的面上相對(duì)特征位置的配合，發(fā)散特征和會(huì)聚特征數(shù)量的平衡(流動(dòng)方向上和寬度方向上，(即垂直于平均總體流動(dòng)方向的方向，以及進(jìn)入包括凹陷特征的面之間的微通道間隙的方向))，開(kāi)放微通道中具有足夠小的間隙(見(jiàn)上文所述的間隙尺寸)。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，使發(fā)散特征和會(huì)聚特征的數(shù)量最小，并重復(fù)基本類似的特征。圖lc顯示了相對(duì)壁上的表面特征的一些重疊部分的選擇方案。由于在圖lc中，相對(duì)面上的特征基本是互相呈反式的，因此預(yù)期流動(dòng)圖案對(duì)于混合的效果不會(huì)像相對(duì)面上的特征為順式構(gòu)型時(shí)那樣好。本發(fā)明可在微通道的兩個(gè)側(cè)面上使用具有圖案的表面，或者可僅在微通道的一個(gè)側(cè)面上使用。例如，表面可以用具有斜條紋(這些條紋優(yōu)選是凹槽)的類似結(jié)構(gòu)的墊片配對(duì)(在微通道的相對(duì)側(cè)面上)，所述斜條紋相對(duì)于相對(duì)面是對(duì)齊的、交錯(cuò)的或交叉的。對(duì)于一些情況，配對(duì)所產(chǎn)生的混合效果要優(yōu)于僅在一個(gè)主表面上的通道結(jié)構(gòu)中混合的效果，尤其當(dāng)主通道的間隙增加到超過(guò)l毫米時(shí)。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述圖案結(jié)構(gòu)主要由基本設(shè)置在微通道表面的整個(gè)寬度上的斜向凹槽組成。壁的具有圖案的表面區(qū)域可以占據(jù)微通道表面部分或全部的長(zhǎng)度；在一些實(shí)施方式中，斜向凹槽設(shè)置在微通道表面至少10%，20%，50%,或至少80%的長(zhǎng)度上。在一些實(shí)施方式中，特征包括具有一種或多種相對(duì)于流動(dòng)方向的角度的斜向特征(優(yōu)選為凹槽，包括CRF)。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述特征在至少一個(gè)壁上具有兩種或更多種相對(duì)于流動(dòng)方向的角度。這些角度可以在頂點(diǎn)或點(diǎn)處連接或不連接。所述在至少一種軸向位置跨越微通道至少一個(gè)壁的寬度的不同角度用來(lái)在不同的方向推和拉流體，相對(duì)于其它的直的層狀流線改進(jìn)側(cè)向和橫向的流動(dòng)。當(dāng)流體的側(cè)向和橫向流動(dòng)增加時(shí)，其優(yōu)選隨著雷諾數(shù)增大而增大的傾向進(jìn)入所述活性表面特征。另一方面，具有圖案的表面包括層疊在彼此頂部的多種圖案。在一個(gè)例子中，將孔的圖案或陣列設(shè)置成與傳熱壁相鄰，將第二圖案(例如斜向或人字形的特征陣列)層疊在頂部并與用于流動(dòng)的開(kāi)放通道相鄰。與開(kāi)放間隙相鄰的片具有通過(guò)片厚度的圖案結(jié)構(gòu)，使得流體可以通過(guò)所述片，進(jìn)入下面的圖案結(jié)構(gòu)中?？赏ㄟ^(guò)平流或擴(kuò)散進(jìn)行流動(dòng)。例如，具有通孔陣列的第一片可以置于傳熱壁上方，具有斜向通縫(throughslot)或人字形結(jié)構(gòu)的陣列的第二片設(shè)置在第一片上。該優(yōu)選的實(shí)施方式產(chǎn)生了更大的用來(lái)附著催化劑或包括吸著劑、芯等的其它活性試劑的表面區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，所述圖案在微通道的至少一個(gè)另外的壁上重復(fù)。所述圖案可以優(yōu)選在相對(duì)壁上偏移。最內(nèi)部的具有圖案的表面(限定流動(dòng)通道的表面)可包括斜向陣列之類的圖案。斜向陣列可以同時(shí)沿流動(dòng)方向取向(順式取向)，或一側(cè)沿流動(dòng)方向取向，相對(duì)側(cè)沿著與流動(dòng)方向相反的方向取向(反式取向)。通過(guò)改變相對(duì)壁上的表面特征，可以在向下通過(guò)中心和開(kāi)放間隙的流體中產(chǎn)生不同的流場(chǎng)和不同程度的渦量。微通道壁之間的間隙(即無(wú)阻礙的總體流動(dòng)路徑)優(yōu)選等于或小于io毫米，更優(yōu)選等于或小于5毫米，在一些實(shí)施方式中，為0.05-2毫米。所述表面特征可以重復(fù)相同的形狀或不同的形狀。不同的特征改變了沿微通道長(zhǎng)度的取向和/或形狀和/或尺寸。例如，圖案可包括人字形(或?qū)μ?hào)形)結(jié)構(gòu)，其與流動(dòng)方向?qū)R，然后與流動(dòng)方向相反的方向?qū)R，然后對(duì)準(zhǔn)或指向微通道的一側(cè)，然后是對(duì)準(zhǔn)或指向微通道的另一側(cè)。所述特征可以是隨意設(shè)置的，或者可包括含有2或5或10或更多類似特征的小組，然后變?yōu)樾碌奶卣?。其?yōu)選具有位于主通道至少一個(gè)壁上的連續(xù)對(duì)齊的類似特征或一連串的許多特征，沿著主通道一個(gè)或多個(gè)壁的長(zhǎng)度上，至少10個(gè)或20個(gè)或更多個(gè)類似的特征是連續(xù)的。類似的特征基本上保持了總的總體流動(dòng)方向，其定義為沿x方向或y方向的凈正速度矢量(表面特征頂部和底部之間的流動(dòng)，以及從微通道的側(cè)面到側(cè)面的流動(dòng))，而不是在x或y坐標(biāo)沿通道長(zhǎng)度負(fù)向移動(dòng)的凈速度，對(duì)于流體在主流動(dòng)通道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)便會(huì)出現(xiàn)后一情況。因此，在微通道的寬度上，在所述至少兩種角度的活性表面特征凹槽的第二種角度開(kāi)始的位置，類似的特征不會(huì)改變或者發(fā)生適度的變化。交錯(cuò)的人字形混合器中位移處的人字形結(jié)構(gòu)不類似。在各特征中，特征跨距或行程寬度可以有各自不同的變化，但是優(yōu)選各特征之間的變化小于50%。更優(yōu)選小于30%，更加優(yōu)選小于15%。還應(yīng)注意，具有包括至少兩種或更多種角度的不連續(xù)支段的特征仍應(yīng)看作具有一個(gè)以上角度的特征。例如，考慮一種簡(jiǎn)單的人字形結(jié)構(gòu)，其中具有不同角度的兩條支段在有凹槽特征的頂部的頂點(diǎn)處連接。所述凹槽的人字形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)可以被封閉，使得微通道沿著微通道的至少一個(gè)壁的寬度具有兩種純的單一角度特征。如果所述兩個(gè)不連接的支段分隔的距離小于微通道寬度的20%，則所得的這種不連接的特征組的性能與連接的特征組基本類似。本質(zhì)上，當(dāng)微通道的至少一個(gè)壁具有沿著微通道寬度的至少兩個(gè)具有角度的特征時(shí)，便可產(chǎn)生本發(fā)明描述的本發(fā)明的流動(dòng)特性，而與所述特征是否物理連接無(wú)關(guān)。另外，當(dāng)基本類似的連接的或不連接的特征以斜角適當(dāng)或最小變化的方式重復(fù)時(shí)，對(duì)于一連串至少15個(gè)特征，本發(fā)明的方法是有利的。較佳的是，所述特征的行程寬度(凹槽內(nèi)的內(nèi)部壁到壁的距離；對(duì)于矩形特征，該寬度是直的，對(duì)于圓形特征，其為直徑，對(duì)于作為隨深度變窄的特征，其為最大的壁到壁的距離；對(duì)于可變的特征，其為平均的最大壁到壁距離)與通道間隙(通常為表面特征之間的最小距離或表面特征與相對(duì)的微通道壁之間的最小距離)的尺寸比約為0.25-10，所述表面特征的行程寬度優(yōu)選至少為通道間隙的25%至高達(dá)通道間隙的10倍。更佳的是，所述尺寸比為0.5-1，以產(chǎn)生足夠的流動(dòng)擾動(dòng)。如果特征過(guò)窄，總體流動(dòng)會(huì)掠過(guò)其頂部，受到最小的擾動(dòng)。如果表面特征的行程寬度過(guò)寬，則總體流動(dòng)會(huì)很容易膨脹填充新的通道間隙，會(huì)受到最小的流動(dòng)擾動(dòng)。流動(dòng)擾動(dòng)定義為不遵循常規(guī)的層狀拋物線型、具有垂直或橫向速度矢量的流動(dòng)速度矢量。當(dāng)用于催化反應(yīng)器時(shí)，需要對(duì)活性表面特征進(jìn)行填充和排出，并將溶液催化劑保持在其上，因此還可能優(yōu)選活性表面特征的行程寬度小于主通道間隙?；钚员砻嫣卣髦械牧黧w產(chǎn)生的毛細(xì)管作用力將用來(lái)在排液時(shí)保持流體，使其能夠進(jìn)行原位干燥和煅燒。如果主通道間隙小于活性表面特征的行程寬度，其可用來(lái)在排液時(shí)將流體拉出所述活性表面特征，對(duì)于-些催化反應(yīng)器的例子，例如無(wú)電鍍膜之類的反應(yīng)方法沉積催化劑的例子，所述后來(lái)在對(duì)通道排液的同時(shí)對(duì)特征進(jìn)行的排液可能不是問(wèn)題。還驚人地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將特征添加到雷諾數(shù)大于2200的流體流時(shí)，其工作性能優(yōu)于同樣在湍流狀態(tài)下操作的平坦通道。具體來(lái)說(shuō)，具有表面特征的層流(Re<2200)或具有表面特征的湍流(Re〉2200)可獲得優(yōu)于具有相同雷諾數(shù)、但是在湍流狀態(tài)中工作的平坦通道的改進(jìn)的混合質(zhì)量和/或傳熱。表面特征增加了凈的徑向或橫向速度分量，該分量比常規(guī)湍流通道中的不規(guī)則渦流產(chǎn)生的速度的徑向或橫向分量強(qiáng)。實(shí)際上，所述表面特征的設(shè)計(jì)可以使得根據(jù)應(yīng)用確定橫向速度與垂直速度的相對(duì)比。對(duì)于需要良好側(cè)向混合、包括化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用，垂直速度矢量的加強(qiáng)是特別有益的，因?yàn)檫@是將新鮮的反應(yīng)物攜帶到反應(yīng)表面的主要方法。較佳的是，所述特征深度(定義為凹槽底板和總體流動(dòng)通道間隙或開(kāi)口之間的內(nèi)部凹陷或凹槽或表面特征深度)與通道間隙(表面特征附近(例如l厘米以內(nèi))微通道壁之間的最小距離)的尺寸比為0.25-10,所述表面特征的特征深度優(yōu)選至少為通道間隙的25%，至所述通道間隙的10倍。更佳的是，所述尺寸比為0.5-3，以產(chǎn)生足夠的流動(dòng)擾動(dòng)。如果所述特征過(guò)淺，總體流動(dòng)會(huì)掠過(guò)頂部，受到最小的擾動(dòng)。如果表面特征的深度過(guò)深，則總體流動(dòng)將不容易地對(duì)流進(jìn)入深的特征內(nèi)，進(jìn)入所述活性表面特征的總體流動(dòng)的部分將會(huì)很小。在表面特征在一個(gè)以上壁上的實(shí)施方式中，一個(gè)壁上的特征與第二壁上存在的圖案相同(或類似)，但是圍繞主通道平均總體流動(dòng)方向(或長(zhǎng)度)旋轉(zhuǎn)。在其它具有相對(duì)壁上的特征的實(shí)施方式中，一個(gè)壁上的特征近似為相對(duì)壁上特征的鏡像。在一個(gè)以上壁中具有表面特征的其它實(shí)施方式中，一個(gè)壁上的特征與第二壁上存在的圖案相同(或類似)，但是圍繞垂直于主通道平均總體流動(dòng)方向的軸旋轉(zhuǎn)(換句話說(shuō)，所述特征相對(duì)于主通道平均總體流動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)180度，圍繞主通道平均總體流動(dòng)中心線旋轉(zhuǎn))。相對(duì)的或相鄰的壁上的特征可以互相直接對(duì)齊，或者不互相直接對(duì)齊，但是優(yōu)選沿壁連續(xù)重復(fù)一定長(zhǎng)度。在其它的實(shí)施方式中，可以在微通道的三個(gè)或更多個(gè)表面上存在表面特征。對(duì)于具有三個(gè)或更少側(cè)面的微通道幾何結(jié)構(gòu)，例如三角形、卵形、橢圓形、圓形等，表面特征可以覆蓋微通道周邊的至少20%至高達(dá)100%。各表面特征支段可與總體流動(dòng)方向成斜角。所述特征跨距長(zhǎng)度或跨距或開(kāi)口規(guī)定為垂直于特征取向。例如，一種表面特征是一種斜向凹陷，其與垂直于主通道總體流動(dòng)的平均方向的平面成45度角，開(kāi)口或跨距或特征跨距長(zhǎng)度為0.38毫米，特征行程長(zhǎng)度為5.59毫米。行程長(zhǎng)度描述了沿最長(zhǎng)的方向、特征的一端到另一端的距離，而跨距或特征跨距長(zhǎng)度是沿最短方向(非深度)的距離。特征深度是離開(kāi)主通道的距離。對(duì)于具有不均勻?qū)挾?跨距)的特征，跨距是行程長(zhǎng)度上的平均跨距。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多具有圖案的片(至少兩個(gè)具有通透圖案(throughPattern),例如通孔或通縫)在彼此頂部疊置。兩種或更多種所述圖案可以是相同的，或者所述有圖案的表面中的三種或更多種圖案可以是不同的。具有不同的幾何結(jié)構(gòu)的疊置的圖案可產(chǎn)生有益的流動(dòng)狀態(tài)，從而使得流體接近活塞流，并且在相當(dāng)短的距離內(nèi)接近活塞流。建立所述流動(dòng)狀態(tài)的距離可小于100個(gè)特征跨距長(zhǎng)度，或者更優(yōu)選小于50個(gè)特征跨距長(zhǎng)度，更加優(yōu)選小于20個(gè)特征跨距長(zhǎng)度。所述表面特征可以與總體流動(dòng)方向成斜角。所述特征跨距長(zhǎng)度或跨距規(guī)定為垂直于特征取向。行程長(zhǎng)度描述了沿最長(zhǎng)的方向、從特征的一端到另一端的距離，而所述跨距或特征跨距長(zhǎng)度是沿最短的方向(不是深度)。特征深度是離主通道的距離。對(duì)于具有不均勻?qū)挾?跨距)的特征，跨距是行程長(zhǎng)度上的平均跨距。本發(fā)明包括設(shè)備，其中所述設(shè)備的至少一區(qū)包括位于任意通道段內(nèi)超過(guò)20%(優(yōu)選至少40%，更優(yōu)選至少70%)通道表面上的表面特征(在垂直于長(zhǎng)度的橫截面內(nèi)測(cè)量；即垂直于通過(guò)通道的凈流動(dòng)方向)，優(yōu)選連續(xù)延伸至少l厘米，在一些實(shí)施方式中，表面特征延伸至少5厘米的長(zhǎng)度。對(duì)于封閉的通道，表面百分?jǐn)?shù)是表面特征覆蓋的橫截面與從表面特征的底部或頂部或其間定值均勻延伸的密閉通道之比。后者定義為平坦通道。例如，如果通道具有帶圖案的頂部和底部表面(寬度各自為0.9厘米)和未帶圖案的側(cè)壁(高0.1厘米)，則90%的通道表面將包括表面特征。在一些實(shí)施方式中，器件在流動(dòng)分布區(qū)可包括基本平坦的通道，物流在內(nèi)部分經(jīng)歧管進(jìn)入各個(gè)通道中。所述器件可包括傳熱區(qū)，該傳熱區(qū)可包括用來(lái)提高傳熱的表面特征區(qū)，或不包括表面特征區(qū)。所述器件還可包括反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)中的全部或一部分包括表面特征。所述表面特征最好成簇使用，其中5個(gè)或10個(gè)或20個(gè)或更多類似的特征連續(xù)地對(duì)齊(先是活性表面特征凹槽，然后是脊，然后是活性表面特征等等)，以進(jìn)行單元操作或混合包含至少兩種流體的物流。線性距離或沿表面特征之間的脊的距離優(yōu)選保持在表面特征跨距或行程寬度的0.01倍至10倍之間。優(yōu)選相鄰表面特征之間的距離是活性表面特征的開(kāi)口或跨距或行程寬度的0.2-3倍。隨著該距離增大，另外的層流物流將緩和成常規(guī)的拋物線流路，不容易將流體引入活性表面特征。32較佳的是，所述通道在所有的側(cè)面上封閉，在一些實(shí)施方式中，所述通道具有大體上呈正方形或矩形的橫截面(對(duì)于矩形通道，圖案結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)置在兩個(gè)主面上)。對(duì)于常規(guī)的正方形或矩形通道，所述通道可僅在兩個(gè)或三個(gè)面上封閉，僅有這兩個(gè)或三個(gè)壁的側(cè)面用于上述表面特征百分?jǐn)?shù)的計(jì)算。圖案各表面特征圖案可以沿主通道的一面重復(fù)，在主通道總體流動(dòng)方向，特征之間具有可變的或規(guī)則的間距。一些實(shí)施方式中，每個(gè)特征僅有單獨(dú)的支段，其它的實(shí)施方式具有多個(gè)支段(2個(gè)，3個(gè)或更多)。對(duì)于寬的寬度的主通道，跨越主通道的寬度可相互相鄰地設(shè)置多個(gè)特征或多列重復(fù)特征。對(duì)于各表面特征圖案，隨著圖案沿主通道的總體流動(dòng)方向重復(fù)，特征深度、寬度、跨距和間隔可以改變或恒定，但是優(yōu)選具有恒定或規(guī)則的重復(fù)尺寸。另外，具有以兩個(gè)不同的角度連接支段的頂點(diǎn)的表面特征幾何結(jié)構(gòu)可包括另一種實(shí)施方式，其中所述特征支段不在頂點(diǎn)連接。圖2e顯示了可用于表面特征的許多不同的圖案。這些圖案并非用來(lái)限制本發(fā)明，僅僅用來(lái)列舉一些可能情況。圖案可具有任意的表面特征，可用于微通道不同的軸向或側(cè)向部分。在一些實(shí)施方式中(包括將催化劑組合物遮蓋涂敷(washcoat)到微通道上)，需要在重力場(chǎng)中，將液體固定在表面特征內(nèi)(即例如在微通道的壁上施涂均勻的涂層的應(yīng)用)。對(duì)于這些實(shí)施方式，各表面特征支段的行程長(zhǎng)度的垂直分量(相對(duì)于重力)應(yīng)優(yōu)選小于4毫米，更優(yōu)選小于2毫米，以防特征中的液體排出。對(duì)于這些實(shí)施方式，還優(yōu)選活性表面特征的行程寬度、跨距或開(kāi)口小于微通道的開(kāi)放通道間隙(在此處，在單元操作過(guò)程中發(fā)生排出和主流流動(dòng))。如果行程寬度大于通道間隙，則在排出過(guò)程中，特征可能無(wú)法保持流體。表面特征幾何圖案SFG-0(見(jiàn)圖3a)通過(guò)沿單元操作工藝微通道的長(zhǎng)度存在的人字形或v形凹陷陣列來(lái)描述。所述人字形圖案可以是規(guī)則間隔或不規(guī)則間隔的，在連續(xù)的特征之間的距離是相等或不同的。規(guī)則的(或相等的)特征間隔可能是優(yōu)選的，這是由于存在各特征而對(duì)主通道中的總體流動(dòng)造成的分裂作用更好地增強(qiáng)由其它特征造成的分裂作用。單側(cè)特征僅在微通道的一側(cè)具有特征。雙側(cè)特征在微通道的兩個(gè)側(cè)面具有特征(相對(duì)的壁上或相鄰的壁上)。在一些雙側(cè)面取向?qū)嵤┓绞街?，特征取向可以為順式取向或反式取向。如圖3a所示，在相對(duì)的壁上具有特征的順式取向中，兩個(gè)通道壁上的特征成鏡像。反式表示具有表面特征的有兩個(gè)或更多側(cè)面的微通道的一種對(duì)齊方式，其中，相對(duì)壁上的特征不互相對(duì)齊，而是首先將第二個(gè)壁看作鏡像，然后將其旋轉(zhuǎn)180度(使得圖案的俯視圖相對(duì)于第一壁看起來(lái)是顛倒的)以產(chǎn)生偏移的特征。應(yīng)當(dāng)注意，所述第二相對(duì)壁可以不是精確地旋轉(zhuǎn)鏡像，因?yàn)榭梢蕴砑犹畛涮卣饕援a(chǎn)生更多的包括表面特征的微通道凈面積，由于相對(duì)壁上的特征可以沿總體流動(dòng)方向略微互相偏移。相對(duì)于特定壁上的特征的流動(dòng)取向可以是順式A(流動(dòng)方向從圖3a的底部到頂部)或順式B(例如流動(dòng)方向從圖3a中的頂部到底部)。通常，所述特征在相對(duì)的壁上，但是它們可以在相鄰的壁上。順式A表示具有兩個(gè)或多個(gè)側(cè)面的帶表面特征的微通道的一種對(duì)齊方式，其中頂面和底面上的特征在相對(duì)于流動(dòng)的相同方向?qū)R，表面特征支段沿流動(dòng)方向會(huì)聚。順式B表示具有兩個(gè)或多個(gè)側(cè)面的帶表面特征的微通道的一種對(duì)齊方式，其中頂面和底面上的特征在相對(duì)于流動(dòng)的相同方向?qū)R，表面特征支段沿流動(dòng)方向發(fā)散。Fanelli圖案表示通過(guò)其它方式連接的表面特征的支段的不連續(xù)部位或小的斷開(kāi)。不連續(xù)部位小于微通道寬度的20。/。，優(yōu)選小于微通道寬度的10%。圖3h顯示了SFG-O特征圖案的Fanelli，其中去除了頂點(diǎn)，以幫助減小主通道流動(dòng)路徑中由于角度變化造成的死點(diǎn)或減小速度的區(qū)域。兩個(gè)表面特征之間的Fanelli的斷開(kāi)位置還可沿著通道長(zhǎng)度方向發(fā)生位移，v形的一半沿著通道長(zhǎng)度在兩個(gè)軸向位置開(kāi)始和停止，v形的另一半的開(kāi)始和停止的位置相對(duì)于v形第一半的開(kāi)始和停止的位置發(fā)生略微的向上和向下的位移。圖3b顯示了表面特征幾何結(jié)構(gòu)l(SFGl)，其包括沿各微通道壁交替取向或角度交替的特征。對(duì)于這種幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)置了五個(gè)或更多不對(duì)稱人字形結(jié)構(gòu)(其中一個(gè)特征支段比第二特征支段長(zhǎng))，其中特征的頂點(diǎn)設(shè)置在微通道寬度的1/3處，在該特征之后設(shè)置了兩個(gè)填充特征(注意可使用更少或更多的填充特征)，然后設(shè)置五個(gè)或更多的不對(duì)稱特征，其中人字形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)大致位于沿微通道寬度的2/3處。該圖案重復(fù)幾次。如圖所示，相對(duì)的微通道壁上的圖案是反式取向的，特征不是鏡像。SFG-2是一種如下的設(shè)計(jì)，如圖3c所示(俯視圖)，各角度沿著特征的行程長(zhǎng)度連續(xù)變化，與特征相鄰的主通道中的流動(dòng)方向是從左至右或從右至左。由于該形狀更符合空氣動(dòng)力學(xué)，因此該特征能夠有益地使各特征前緣處的流動(dòng)擾動(dòng)最小。所述基本連續(xù)變化的角度也可沿特征的行程長(zhǎng)度由正值變?yōu)樨?fù)值。圖3d中顯示了SFG-3表面特征圖案的俯視圖，其包括從頂面和底面觀察的視圖，以及從上部觀察時(shí)兩者如何重疊。這種圖案可以根據(jù)需要重復(fù)多次以填充所需的長(zhǎng)度。SFG-3的主要特征是SFG-5的"對(duì)號(hào)"形狀的重復(fù)。特征圖案SFG-4是一種簡(jiǎn)單的斜向狹縫，在每種表面特征中僅有一個(gè)特征支段(例如圖3e中右圖所示)。圖案SFG4基本與現(xiàn)有技術(shù)中描述的許多單角斜向特征類似，對(duì)于混合和單元操作是特別低效的，尤其對(duì)于僅有單壁的圖案或反式取向的雙壁圖案。隨著雷諾數(shù)的增大，在該圖案中的流動(dòng)在所述特征中花費(fèi)的停留時(shí)間的分?jǐn)?shù)減小。表面特征幾何結(jié)構(gòu)5用一系列的對(duì)號(hào)表示，所述對(duì)號(hào)的頂點(diǎn)使得特征支段的行程長(zhǎng)度約為另一支段行程長(zhǎng)度的一半。這些"對(duì)號(hào)形"特征中的4個(gè)或更多特征所成的組可以以許多不同的組合排列，包括圖3f中所示的三種。這些對(duì)號(hào)組互相可具有不同的取向，或者全部具有相同的取向，沿著表面形成連續(xù)的對(duì)號(hào)圖案。各種SFG-5或組合將得到不同的混合特性。圖3f顯示了SFG-5表面特征幾何圖案的三種不同的替代的布置。表面特征的取向角度優(yōu)選具有至少一種變化。表面特征幾何結(jié)構(gòu)6(SFG6)包括三個(gè)表面特征支段，相對(duì)于流動(dòng)方向，取向角發(fā)生兩次由正到負(fù)的變化，如圖3g所示。當(dāng)特征支段中的兩個(gè)沿著總體流動(dòng)方向互相會(huì)聚和特征支段中的兩個(gè)沿著總體流動(dòng)方向互相發(fā)散時(shí)，這給予了主通道中的流體以"A"和"B"類流動(dòng)方向。"房形圖案(home)"表示表面特征的進(jìn)入支段，此處一個(gè)或多個(gè)支段的走向與主通道總體流動(dòng)方向相平行，然后以斜角轉(zhuǎn)向流動(dòng)方向(見(jiàn)圖3i)。該角度可任選地比下圖中所示的結(jié)構(gòu)更加圓些。房形圖案還可優(yōu)選地呈非90度的角，使其能夠改進(jìn)流體進(jìn)入活性表面特征的平流。鯊魚(yú)齒形圖案表示了一種單支段的表面特征，其具有從一端到另一端改變的跨距(例如見(jiàn)圖3j)。所述支段可以相對(duì)于主通道總體流動(dòng)方向具有任意的角度，具有不同角度的多個(gè)齒可填充微通道壁。圖3e顯示了具有60度角的SFG-O、具有75度角的SFG-0以及具有45度角的SFG-4圖案的表面特征，規(guī)定所述角度是相對(duì)于水平面的，該水平面將垂直于主流方向的微通道橫截面二等分。對(duì)于各支段、或一些支段、或5個(gè)或更多相同表面特征的組，多支段表面特征幾何結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施方式具有不同的角度或長(zhǎng)度(如圖3k所示)。表面特征組的重復(fù)也能在制造的過(guò)程中提供潛在的優(yōu)點(diǎn)。例如，當(dāng)由薄板沖印特征時(shí)，可以制造沖壓工具，一次沖壓多個(gè)特征。多層表面特征在主通道的一個(gè)或多個(gè)壁中形成了多層表面特征。所述多層表面特征壁是通過(guò)將其中具有不同表面特征幾何結(jié)構(gòu)的相鄰層疊置而形成的(見(jiàn)圖4a)，使特征的列對(duì)齊，使得二者疊置起來(lái)，形成更復(fù)雜的三維特征。對(duì)于多層特征，除了最遠(yuǎn)離主通道的層以外，所有層中的表面特征都必須是通透(through)特征?；蛘?，所述在薄板中制成為通透特征的相同的表面特征可通過(guò)將具有相同表面特征的薄板直接互相疊置，使得各薄板中的特征對(duì)齊而變得更深。微通道設(shè)備微通道反應(yīng)器的特征是存在至少一個(gè)具有以下特征的反應(yīng)通道，該反應(yīng)通道的至少一個(gè)尺寸(壁到壁，不計(jì)催化劑)等于或小于l厘米，優(yōu)選等于或小于2毫米(在一些實(shí)施方式中約等于或小于1.0毫米)且大于100納米(優(yōu)選大于1微米)，在一些實(shí)施方式中為50-500微米。催化反應(yīng)通道是包含催化劑的通道，其中所述催化劑可以是非均相的或均相的。均相催化劑可以與反應(yīng)物同向流動(dòng)。微通道設(shè)備具有類似的特征，其不同之處在于不需要包含催化劑的反應(yīng)通道。微通道的間隙(或高度)優(yōu)選約等于或小于2毫米，更優(yōu)選等于或小于1毫米。反應(yīng)通道的長(zhǎng)度通常更長(zhǎng)。較佳的是，所述長(zhǎng)度大于l厘米，在一些實(shí)施方式中大于50厘米，在一些實(shí)施方式中大于20厘米，在一些實(shí)施方式中為1-100厘米。微通道的側(cè)面由反應(yīng)通道壁限定。這些壁優(yōu)選由陶瓷、鐵合金(例如鋼)或蒙乃爾合金之類的Ni-，Co-或Fe-基超耐熱合金之類的硬質(zhì)材料制造。它們也可由塑料、玻璃、或者銅、鋁等之類的其它金屬制造。反應(yīng)通道的壁的材料的選擇可取決于該反應(yīng)器所用的反應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)室壁由具有耐久性和良好導(dǎo)熱性的不銹鋼或InconeP構(gòu)成。所述合金應(yīng)具有低的硫含量，在一些實(shí)施方式中，在形成鋁化物(aluminide)之前要進(jìn)行脫硫處理。通常反應(yīng)通道壁由提供微通道設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)支承的材料制造。微通道設(shè)備可通過(guò)已知的方法制造，在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中是通過(guò)將交替的板材(也稱為"墊片")層疊起來(lái)而制造的，優(yōu)選設(shè)計(jì)用于反應(yīng)通道的墊片與設(shè)計(jì)用于熱交換的墊片交替設(shè)置。一些微通道設(shè)備包括層疊在器件中的至少十個(gè)層，這些層各自包括至少十個(gè)通道；所述器件可包括具有較少通道的其它的層。微通道設(shè)備(例如微通道反應(yīng)器)優(yōu)選包括微通道(例如多個(gè)微通道反應(yīng)通道)和多個(gè)相鄰的熱交換微通道。所述多個(gè)微通道可包括例如2，10,100，IOOO或更多能夠并聯(lián)操作的通道。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微通道以平面微通道的平行陣列(例如至少三個(gè)平面微通道的陣列)設(shè)置。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，多個(gè)微通道進(jìn)口與共同的頭部相連和/或多個(gè)微通道出口與共同的足部相連。在操作過(guò)程中，熱交換微通道(如果存在的話)包含流動(dòng)的加熱和/或冷卻的流體?？捎糜诒景l(fā)明的這類已知反應(yīng)器的非限制性例子包括微型組件片結(jié)構(gòu)類的反應(yīng)器(例如具有微通道的層疊體)，如美國(guó)專利第6，200，536號(hào)和第6,219，973號(hào)(這兩篇文獻(xiàn)都參考結(jié)合入本文中)列舉的。對(duì)于本發(fā)明，這類反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)點(diǎn)包括它們較大的傳熱和傳質(zhì)速率，而且基本沒(méi)有任何爆炸極限。壓降可以很低,允許高物料通過(guò)量，催化劑可以以非常容易進(jìn)入的形式固定在通道中，因此不需要進(jìn)行分離。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)微通道包括總體流動(dòng)路徑。術(shù)語(yǔ)"總體流動(dòng)路徑"表示反應(yīng)室內(nèi)的開(kāi)放路徑(鄰接的總體流動(dòng)區(qū)域)。鄰接的總體流動(dòng)區(qū)域允許流體快速流過(guò)反應(yīng)室而不產(chǎn)生大的壓降。各反應(yīng)通道內(nèi)的總體流動(dòng)區(qū)域的橫截面積優(yōu)選為5X1(T8至1X10—2米2，更優(yōu)選為5X10—7至1乂10—4米2。所述總體流動(dòng)區(qū)域優(yōu)選占l)微通道的內(nèi)部體積，或2)微通道的橫截面的至少5%，更優(yōu)選至少50%，在一些實(shí)施方式中為30-99%。在許多優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微通道設(shè)備包括多個(gè)微通道，優(yōu)選至少5個(gè)、更優(yōu)選至少十個(gè)平行通道的組，這些平行通道在共同的歧管內(nèi)相連，所述歧管與所述器件構(gòu)成整體(不是之后連接的管)，所述共同的歧管包括使流過(guò)與所述歧管相連的通道的流體均等的一種或多種特征。這些歧管的例子見(jiàn)述于美國(guó)專利申請(qǐng)順序號(hào)第10/695，400號(hào)，該文獻(xiàn)于2003年10月27日提交，參考結(jié)合入本文中。在上下文中，"平行"不一定表示是直的，而是指通道互相一致。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，微通道器件包括至少三組平行微通道，各組內(nèi)的通道與共同的歧管相連(例如四組微通道和四個(gè)歧管)，較佳的是，各共同歧管包括能夠使流過(guò)與歧管相連的通道的流體均等的一種或多種特征。熱交換流體可以流過(guò)與工藝通道(例如反應(yīng)微通道)相鄰的傳熱微通道，它們可以是氣體或液體，可包括蒸汽、油或任意已知的熱交換流體-所述體系可以優(yōu)化，使得熱交換器中包括相變。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，多個(gè)熱交換層與多個(gè)反應(yīng)微通道相交錯(cuò)。例如，至少十個(gè)熱交換器與至少十個(gè)反應(yīng)微通道交錯(cuò)，較佳的是，十層熱交換微通道陣列與至少十層反應(yīng)微通道相鄰接。這些層中的各層可包括簡(jiǎn)單的直的通道，或者層內(nèi)的通道可具有更復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)熱交換通道的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)壁具有表面特征。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的設(shè)備(或方法)包括催化劑材料。所述催化劑可以限定總體流動(dòng)路徑的至少一個(gè)壁的至少一部分。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述催化劑的表面限定了其中流過(guò)流體流的總體流動(dòng)路徑的至少一個(gè)壁。在非均相催化工藝中，反應(yīng)物組合物可以流過(guò)微通道，通過(guò)并與催化劑接觸。在一些優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，催化劑包括下面的大孔載體。優(yōu)選的大孔載體的例子包括市售的金屬泡沫體和金屬氈。大孔載體的孔隙率至少為5%，更優(yōu)選為30-99，更優(yōu)選為70-98%。較佳的是，用BET測(cè)得所述載體的體均孔徑等于或大于0.1微米，更優(yōu)選為I-500微米。優(yōu)選的多孔載體的形式是泡沫體和氈，它們優(yōu)選由熱穩(wěn)定和導(dǎo)熱材料制造，優(yōu)選使用不銹鋼或FeCrAlY合金之類的金屬、這些多孔載體可以很薄，例如厚度為0.1-1毫米。泡沫體是一種連續(xù)結(jié)構(gòu)，其具有限定通過(guò)該結(jié)構(gòu)的孔的連續(xù)壁。氈是非織造纖維，在纖維之間具有空隙，包括鋼絲棉之類的纏結(jié)的絲束。所述多孔載體可以疊置在具有通透(through)表面特征的傳熱壁和片材之間?；蛘?，所述多孔載體可以被蝕刻、切割或通過(guò)其它方式，具有置于片材內(nèi)的活性表面特征凹槽。所述片材可以與用作壁的非多孔片材相疊，以形成組件。在此實(shí)施方式中，所述活性表面特征自身的孔隙率增大了化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)的數(shù)量，在此位點(diǎn)，反應(yīng)物可以從形成于多孔片材內(nèi)的凹槽擴(kuò)散到所述多孔片材內(nèi)的內(nèi)部的較小的孔內(nèi)?？梢詫⒁粚踊蚨鄬踊钚源呋瘎釉O(shè)置在多孔片材上。所述通透表面特征通過(guò)平流和擴(kuò)散將分子引入凹陷的凹槽中，在凹槽中這些分子可以在其上或其中設(shè)置有催化劑的多孔載體內(nèi)繼續(xù)擴(kuò)散。由于隨著雷諾數(shù)的增大，分子在特征中不成比例地花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，因此反應(yīng)物有更多的時(shí)間與催化劑表面碰撞并與之反應(yīng)。由于反應(yīng)物在表面特征凹槽和多孔催化基層中花費(fèi)時(shí)間，它們不以對(duì)流的方式與總體流動(dòng)一起向下游運(yùn)動(dòng)，從而離開(kāi)所述活性催化劑。以多孔材料的總體積為基準(zhǔn)計(jì)，具有大孔的催化劑(包括氧化鋁負(fù)載的催化活性位點(diǎn))的孔體積優(yōu)選為5-98%，更優(yōu)選為30-95%。較佳的是，材料孔體積中的至少20%(更優(yōu)選至少50%)由孔徑(直徑)為0.1-300微米、更優(yōu)選0.3-200微米、更加優(yōu)選1-100微米的孔組成?？左w積和孔徑分布用水銀孔隙率檢測(cè)法(假定孔的幾何形狀為圓柱形)和氮吸附法測(cè)定。已知水銀孔隙率檢測(cè)法和氮吸附法是互補(bǔ)的技術(shù)，水銀孔隙率檢測(cè)法在測(cè)量較大的孔徑(大于30納米)時(shí)更加準(zhǔn)確，測(cè)定小孔徑(小于50納米)時(shí)，氮吸附法更加準(zhǔn)確。設(shè)置在氧化層上的催化劑金屬之類的催化劑可沉積在大孔載體上。在一些實(shí)施方式中，所述微通道的高度和寬度限定了橫截面，該橫截面包括多孔催化劑材料和開(kāi)放區(qū)域，多孔催化劑材料占所述橫截面積的5-99%，所述開(kāi)放區(qū)域占所述橫截面積的5-99呢。在另一種替代情況下，催化劑可以作為材料涂層(例如遮蓋涂層)的形式提供到一個(gè)或多個(gè)微通道反應(yīng)通道之內(nèi)。使用旁流(flowby)催化劑結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生有利的容量/壓降關(guān)系。在旁流催化劑結(jié)構(gòu)中,所述流體優(yōu)選在與多孔的插入物相鄰的間隙內(nèi)流動(dòng)，或流過(guò)與微通道壁接觸的催化劑壁涂層，(較佳的是，所述與催化劑接觸的微通道壁與熱交換器(優(yōu)選是微通道熱交換器)直接熱接觸，在一些實(shí)施方式中，熱交換流接觸所述壁與催化劑接觸的相反側(cè))。在一些實(shí)施方式中，微通道包括多孔旁流催化劑，該催化劑厚度(〉25微米)大于壁遮蓋涂層的厚度(<25微米)。在一些實(shí)施方式中，所述多孔旁流催化劑的厚度可超過(guò)25微米，催化劑遮蓋涂層的厚度也可超過(guò)25微米。在所有的情況下，優(yōu)選遮蓋涂層的厚度小于旁流催化劑結(jié)構(gòu)的厚度。多孔催化劑可具有表面特征(優(yōu)選是凹陷的特征)，該特征能夠擾動(dòng)開(kāi)放流動(dòng)通道中的總體流動(dòng)路徑，以減小外部傳質(zhì)阻力，還能促進(jìn)表面特征內(nèi)的平流，這有助于將新鮮的反應(yīng)物引到多孔催化劑結(jié)構(gòu)上和除去產(chǎn)物。所述凹陷的表面特征可以在所述厚多孔催化劑結(jié)構(gòu)的整個(gè)厚度凹陷，或者在該厚度的一部分上凹陷。所述多孔催化劑可具有任意的長(zhǎng)度；例如，連續(xù)多孔催化劑(具有表面特征)或不連續(xù)多孔催化劑(被表面特征隔開(kāi))可以延伸至少l厘米、3厘米或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度?？梢栽诖罂状呋瘎?，例如催化劑泡沫體或催化劑氈中形成表面特征?？赏ㄟ^(guò)在微通道中插入具有表面特征的催化劑插入物來(lái)提供有結(jié)構(gòu)的表面。所述插入物可以由大孔催化劑形成(例如泡沫體或氈)，或者通過(guò)插入具有表面特征的金屬載體、然后在所述載體表面上涂敷催化劑而形成。遮蓋涂層是通過(guò)使通道壁與液體類涂料組合物接觸而施涂在通道壁上的涂層。所述涂料組合物可包含顆粒(通常是金屬氧化物或者金屬氧化物與金屬顆粒的混合物)的懸浮體或溶膠。通過(guò)遮蓋涂敷形成的催化劑涂層被稱為遮蓋涂層。微通道設(shè)備還可包括沿著反應(yīng)器長(zhǎng)度的活性表面特征的多個(gè)區(qū)。第一區(qū)可用來(lái)提高傳熱，第二區(qū)可用于化學(xué)反應(yīng)?；蛘?，在單元操作中可以有兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)，在這些區(qū)發(fā)生反應(yīng)或者分離之類的傳質(zhì)。還可在不同的表面特征區(qū)中包括兩個(gè)或更多個(gè)順序化學(xué)反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于順序反應(yīng)可優(yōu)選使用兩種不同的反應(yīng)，或者添加新的反應(yīng)物，使得反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，或者用新的傳熱流體正好繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)、或者在控制或調(diào)節(jié)表面特征區(qū)之間或之內(nèi)的壁溫度的同時(shí)連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)、或者通過(guò)其它方式控制金屬的機(jī)械應(yīng)變。在微通道設(shè)備中具有連續(xù)的兩種或更多種活性表面特征區(qū)的另一個(gè)動(dòng)機(jī)在于，可利用包括彎曲或U形流的通道，流體在其中基本沿一種方向流動(dòng)，然后彎曲并返回沿第二通道向下流動(dòng)。可以同時(shí)在前后路徑中設(shè)置活性表面特征區(qū)，這在需要低排放物的催化燃燒應(yīng)用中尤為有用。微通道壁中的毛細(xì)管特征表面特征也可作為能夠有效地將液體保持在微通道壁之上或附近的毛細(xì)管特征。所述特征可具有任意的形狀(矩形、圓形、梯形、其它形狀)只要它們能夠提供至少一個(gè)小于根據(jù)流體性質(zhì)規(guī)定的參數(shù)的臨界尺寸，使得該毛細(xì)管作用力大于重力，防止沿微通道壁的排出或滑動(dòng)即可。毛細(xì)管特征可以沿微通道的長(zhǎng)度，在所需的位置設(shè)置，以產(chǎn)生涂料組合物的均勻的或特定的通道內(nèi)分布。為了促進(jìn)良好的通道之間的均勻性，沿微通道陣列中的每條平行微通道設(shè)置相同輪廓的毛細(xì)管特征。所述特征優(yōu)先在部分或完全地垂直于重力方向的方向排列，以使重力方向的排出最小。所述特征可以與排出過(guò)程中重力的方向成一定角度排列。如果所述特征短而不連續(xù)，它們可取向?yàn)槠叫杏谥亓Ψ较颉Ｔ谖⑼ǖ辣谏?，一組內(nèi)優(yōu)選包括三個(gè)、五個(gè)、十個(gè)或更多的特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，特制的輪廓可以在對(duì)催化劑需要更高的反應(yīng)器區(qū)的前部附近留下更多的毛細(xì)管特征，從而留下更多的催化劑溶液。在另一個(gè)放熱反應(yīng)(例如選擇性氧化)的實(shí)施方式中，可以減少設(shè)置或保持在反應(yīng)器前部附近的催化劑的量，進(jìn)而減少放熱量以及不希望有的升溫。在第三個(gè)實(shí)施方式中，可以確定在微通道器件邊緣通道上的毛細(xì)管特征的位置和尺寸，使得器件邊緣附近的放熱減少。例如，在微通道器件的一層內(nèi)，層中心附近的毛細(xì)管特征的濃度可能高于邊緣附近的濃度，因此更多的涂層施涂在器件中心附近。因此，在包括微通道陣列的層中，該微通道陣列包括至少一條中心微通道和兩條邊緣微通道，在一些實(shí)施方式中，所述至少一條中心通道的毛細(xì)管特征的濃度高于這兩邊緣通道中的任一通道的濃度；如果在沿邊緣的位置需要更大的催化劑濃度，則可使這種情況相反。這可創(chuàng)造有益的機(jī)械設(shè)計(jì)，其中在高熱應(yīng)變區(qū)域附近，局部邊緣溫度降低。所述毛細(xì)管特征可用來(lái)在特定的容量或單位體積流速條件下，控制或調(diào)節(jié)用轉(zhuǎn)化率和選擇性測(cè)量的工藝性能。所述特征還可用來(lái)通過(guò)減少局部放熱，從而減小所產(chǎn)生的溫度梯度，而使設(shè)備的高應(yīng)變區(qū)域內(nèi)的機(jī)械應(yīng)變最小。為了保持液體(催化劑前體或其它)。將流體填入微通道內(nèi)或平行微通道的陣列之內(nèi)，然后排出，同時(shí)將流體留在壁上的毛細(xì)特征之內(nèi)。然后干燥所述流體，在壁上留下活性試劑。所述流體可以是水基的，或者包括固體顆粒或液滴(包括納米顆粒)的溶液或漿液或懸浮體，或者可以是聚合物溶液，或者是任意的液體涂料組合物。制備表面特征的方法表面特征可例如通過(guò)以下方法制造激光蝕刻；放電加工(EDM)，該方法使用小直徑導(dǎo)線，通過(guò)燒掉導(dǎo)電性基材制得所需的特征；或者將具有通孔的一片材疊置在另一片材上，然后將這些片材結(jié)合在一起。所述表面特征可以在片材中部分蝕刻，或者作為通透的特征形成于片材中，然后將所述片材置于與實(shí)心(solid)壁相鄰的位置?；蛘呖赏ㄟ^(guò)在與實(shí)心的或蝕刻的片材相鄰的位置將兩個(gè)或更多個(gè)具有通透特征的片材疊置，產(chǎn)生所述表面特征。所述兩個(gè)或更多個(gè)具有通透特征的疊置片材上的特征的圖案和/或尺寸和/或形狀可以是不同的。表面特征還可通過(guò)形成三維圖案法制造，例如SLS法，其中對(duì)金屬粉末進(jìn)行選擇性燒結(jié)，以產(chǎn)生復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。所述表面特征可以作為薄金屬墊片中的通縫或通孔的形式形成，所述墊片與壁墊片相鄰地疊置，然后進(jìn)行擴(kuò)散結(jié)合。所得的結(jié)構(gòu)與微通道壁中凹陷的特征類似。表面特征可以用來(lái)調(diào)節(jié)催化劑或任意其它遮蓋涂料溶液沿微通道壁長(zhǎng)度的混合和/或施涂?？梢栽谖⑼ǖ廊肟?例如頭部附近的進(jìn)口)附近設(shè)置較大密度的表面特征，或者可以在微通道出口附近設(shè)置較大密度的表面特征。因此，在一些實(shí)施方式中，具有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口的反應(yīng)微通道在進(jìn)口附近的毛細(xì)管特征的密度大于出口附近的密度；或者相反地，在出口附近的毛細(xì)管特征的密度大于進(jìn)口附近的密度。催化劑涂層可以對(duì)包括表面特征的微通道涂敷催化劑或其它材料，例如吸著劑?？梢?1使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)，例如遮蓋涂敷在微通道內(nèi)施涂催化劑。也可使用CVD或無(wú)電鍍膜法之類的技術(shù)。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選用鹽的水溶液浸漬。在一些實(shí)施方式中優(yōu)選的是Pt,Rh和/或Pd。通常在此之后進(jìn)行熱處理和本領(lǐng)域已知的活化步驟。優(yōu)選的是形成pHX)的溶液的鹽。其它涂料可包含溶膠或漿液基的包含催化劑前體和/或載體的溶液。涂層還可包括向壁施涂的反應(yīng)方法，例如無(wú)電鍍膜法或其它表面流體反應(yīng)。還可通過(guò)以下方法在微通道壁上施涂涂層用液體涂料組合物將通道填充至所需的高度，在減壓條件下除去揮發(fā)性組分(通常是溶劑)。需要小心進(jìn)行，以免產(chǎn)生起泡的缺陷。可以通過(guò)印刷、優(yōu)選通過(guò)類似噴墨印刷之類的技術(shù)將金屬之類的材料印刷在微通道壁(平坦的或具有特征的)上。還可將印刷的金屬圖案用作形成無(wú)電沉積金屬(優(yōu)選具有圖案的、無(wú)電涂層)的晶種材料(催化劑)。另外或作為替代，可采用電子工業(yè)中開(kāi)發(fā)的選擇性蝕刻和/或選擇性沉積技術(shù)在表面特征52中形成亞圖案結(jié)構(gòu)(subpatterning)。見(jiàn)圖5。這種亞圖案結(jié)構(gòu)能夠特別有效地提高用于沉積催化劑的表面積，和/或直接選擇性沉積催化劑以增強(qiáng)反應(yīng)控制。例如，可以在表面特征的底部和/或表面特征的頂部形成多個(gè)亞凹部(sub-we11)54，可以在多個(gè)亞凹部上沉積(例如通過(guò)涂遮蓋涂層)催化劑56。任選地，可以在所述表面特征和/或亞凹部上沉積導(dǎo)熱材料區(qū)域55，以進(jìn)一步增大表面積。反應(yīng)在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了進(jìn)行反應(yīng)的方法，該方法包括使至少---種反應(yīng)物流入微通道，在催化劑的存在下，使所述至少一種反應(yīng)物在微通道內(nèi)反應(yīng)形成至少一種產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，所述反應(yīng)主要由選自以下的反應(yīng)組成乙?；?、加成反應(yīng)、烷基化、脫垸基化、氫化脫垸基化、還原性烷基化、胺化、氨氧化、氨合成、芳構(gòu)化、芳基化、自熱轉(zhuǎn)化制氫、羰基化、脫羰基化、還原性羰基化、羧化、還原性羧化、還原性偶聯(lián)、縮合、裂化、加氫裂化、環(huán)化、環(huán)低聚反應(yīng)、脫鹵、二聚、環(huán)氧化、酯化、交換、費(fèi)-托反應(yīng)、鹵化、氫鹵化、同系化、水合、脫水、氫化、脫氫、氫羧基化、加氫甲?；?、氫解、氫金屬化、硅氫化、水解、加氫處理(HDS/HDN)、異構(gòu)化、甲基化、脫甲基、復(fù)分解、硝化、聚合、還原、重整、逆水煤氣輪換、Sabatier、磺化、調(diào)聚反應(yīng)、酯交換反應(yīng)、三聚反應(yīng)和水煤氣輪換。燃燒是另一種優(yōu)選的反應(yīng)。烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是特別優(yōu)選的(例如甲垸、乙烷或丙垸蒸汽轉(zhuǎn)化等)。實(shí)施例在具有壁表面特征的微反應(yīng)器中進(jìn)行的蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化針對(duì)甲垸蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，對(duì)表面特征對(duì)反應(yīng)器性能的影響進(jìn)行了探索。特征傾向于增大每單位長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)化率，尤其在低催化劑活性時(shí)。表面特征增大了催化劑可用的表面積，它們?cè)试S用催化劑溶液均勻地涂敷遮蓋涂層，減小了總體微通道中的外部傳質(zhì)限制，因此允許反應(yīng)器以更接近催化劑活性的固有潛能(intrinsicpotential)的方式操作。在本實(shí)施例中，所述表面特征具有矩形的橫截面形狀；它們?cè)谖⑼ǖ赖娜我粋?cè)面或兩個(gè)側(cè)面上；所述表面特征的深度與主流通道間隙為相同數(shù)量級(jí)；所述表面特征以與主流方向成特定的角度設(shè)置。對(duì)于所有的實(shí)施例，限定該問(wèn)題的部分尺寸保持相同通道間隙0.0125"通道寬度0.18"凹槽的深度0.010"(也評(píng)價(jià)了0.005"和0.015")，置于微通道的兩個(gè)側(cè)面上凹槽的行程寬度或跨距0.015"相鄰凹槽之間的距離(邊緣到邊緣的距離)0.015"5個(gè)凹槽連續(xù)設(shè)置(長(zhǎng)度約為0.15")對(duì)于所有計(jì)算，每個(gè)通道在25大氣壓下3:1的蒸汽甲烷混合物的流速為0.238千克/小時(shí)、SMR動(dòng)力學(xué)本實(shí)施例的重點(diǎn)是微通道反應(yīng)器中的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化(SMR)反應(yīng)。還可考慮水煤氣輪換(WGS)反應(yīng)，該反應(yīng)是中等放熱的，這是因?yàn)樵赟MR催化劑上C02生成的重要性。對(duì)于本實(shí)施例中報(bào)道的所有CFD模擬結(jié)果都假定使用以下動(dòng)力學(xué)(其中下標(biāo)'T'表示SMR反應(yīng)，下標(biāo)"2"表示W(wǎng)GS反應(yīng))。在本實(shí)施例中將以下速率表達(dá)式用于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage44</formula>反應(yīng)速率的單位是千摩/米2-催化劑.秒，上式中的壓力Pi的單位是巴。反應(yīng)速率常數(shù)遵循以下的阿倫尼烏斯形式假定SMR反應(yīng)的活化能E,-1.7E8J/Kmol;對(duì)于WGS反應(yīng)，E2=6.713E+7J/Kmol。假定指前因子為A!=2.126E+04和A2=1.222。在這些反應(yīng)速率表達(dá)式中，通過(guò)相應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)將逆反應(yīng)考慮在內(nèi)動(dòng)力學(xué)中的參數(shù)是使用根據(jù)5重量X的Rh分散在MgO穩(wěn)定的氧化鋁上的SMR催化劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)模型預(yù)測(cè)進(jìn)行最佳擬合的結(jié)果。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于所有SMR催化劑，這組動(dòng)力學(xué)不一定是典型的，而是用來(lái)說(shuō)明比較反應(yīng)器幾何結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)對(duì)性能的影響。這組動(dòng)力學(xué)稱為基線動(dòng)力學(xué)。還評(píng)價(jià)了從該基線水平減小的活性的影響邊界條件在邊界上設(shè)置以下條件。進(jìn)口總質(zhì)量流速F-6.48E-5kg/s;3:l(摩爾比，蒸汽甲烷)；溫度與壁溫相等。出口除非另外具體說(shuō)明，對(duì)所有情況假定壓力為345psia(2.38MPa)壁無(wú)滑動(dòng)速度；恒溫在反應(yīng)器部分的進(jìn)口處施加質(zhì)量流速是很容易實(shí)現(xiàn)的，但是如果進(jìn)口正好位于催化劑結(jié)構(gòu)的前緣處，可能會(huì)引起一些問(wèn)題，這是因?yàn)橐阎M(jìn)口長(zhǎng)度會(huì)影響流體完全形成層流型的位置。在計(jì)算中為了避免這種影響，將微通道進(jìn)口置于催化劑結(jié)構(gòu)上游的特定長(zhǎng)度。在此進(jìn)入?yún)^(qū)中沒(méi)有模擬反應(yīng)。該進(jìn)口的實(shí)際長(zhǎng)度是數(shù)值實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，以確定所述流體在到達(dá)催化劑結(jié)構(gòu)時(shí)確實(shí)完全形成層流。通常，進(jìn)口長(zhǎng)度為流體間隙(flowgap)長(zhǎng)度二十倍時(shí)，便足以完全形成層流。使用甲烷轉(zhuǎn)化率比較不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器性能。另外，為了比較，模擬了一種基線情況，這時(shí)是一種直的通道，該通道的通道長(zhǎng)度、寬度和間隙尺寸與具有表面特征的通道相同。使用以下提高因子定量測(cè)量具有表面特征的反應(yīng)器性能，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage45</formula>上述等式中的x是甲烷轉(zhuǎn)化率。其根據(jù)流入反應(yīng)器和流出反應(yīng)器的甲烷的質(zhì)量流速計(jì)算。盡管假定反應(yīng)器進(jìn)口處具有均勻的甲烷濃度，但是在反應(yīng)器出口處并非如此。通常，在出口的通道橫截面上，甲烷濃度并不完全均勻。將出口處的甲烷總流速在整個(gè)出口面積上積分，以計(jì)算平均轉(zhuǎn)化率。A)與流動(dòng)方向成90度角或基本與流動(dòng)方向水平的表面凹槽模擬結(jié)果顯示，在凹槽內(nèi)的流體和主通道內(nèi)的流體之間沒(méi)有對(duì)流混合。對(duì)于凹槽內(nèi)釋放的流體粒子的軌跡，它們形成封閉的圓，使它們被限制在將它們釋放于其中的凹槽中。所述流體僅在表面特征內(nèi)滾動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。在反應(yīng)環(huán)境下，在凹槽表面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)的濃度梯度。在凹槽與主流通道之間的邊界上發(fā)生物質(zhì)擴(kuò)散。在各凹槽內(nèi)，壓力差過(guò)小，使得觀察不到橫向流體運(yùn)動(dòng)。如表1所示，計(jì)算了E-因子。表l<formula>formulaseeoriginaldocumentpage45</formula>對(duì)于這種幾何結(jié)構(gòu)，注意到一種驚人的結(jié)果，如果動(dòng)力學(xué)過(guò)程足夠快(在較高溫度下)，則表面特征可能實(shí)際上具有不利的影響(負(fù)提高特征)。如果動(dòng)力學(xué)過(guò)程足夠快，在表面特征內(nèi)只有流體旋轉(zhuǎn)，則各個(gè)催化劑區(qū)域從總體流動(dòng)通道(或空通道)向更遠(yuǎn)的距離(表面特征谷的端部或底部)的運(yùn)動(dòng)或平移增加了更多的傳質(zhì)阻力，抑制了性能。當(dāng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程很慢時(shí)，由較低溫度的結(jié)果觀察到，從壁到表面特征谷的較長(zhǎng)的傳質(zhì)距離被以下因素抵消，而且還有富余表面特征增加的表面積，以及表面特征內(nèi)分子的反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)。該圖案不使用平流將反應(yīng)物引入活性表面特征中。B)與流動(dòng)方向成傾斜角的表面凹槽一在通道的兩個(gè)相對(duì)壁上一對(duì)稱一使凹槽內(nèi)的流體會(huì)聚在本實(shí)施例中，通過(guò)"順式A構(gòu)型"中主通道相對(duì)壁上的CFD模擬SFGO(V-形或人字形)表面特征(或凹槽)。所述SFGO圖案由重復(fù)的類似的人字形圖案組成，用來(lái)將比水平凹槽圖案更多的流體引入活性表面特征中。因此，有效因子總是正值，因此所述特征總是用來(lái)將更多的反應(yīng)物引入所述活性表面特征中。評(píng)價(jià)了三種角度，30度、45度和60度。正的角度意味著V形凹槽的頂點(diǎn)指向流動(dòng)的下游(或者指向流動(dòng)方向)，在所述V行凹槽的兩個(gè)分支內(nèi)流動(dòng)的流體在主流通道的中間會(huì)聚。假想的在流動(dòng)通道側(cè)壁附近釋放的無(wú)質(zhì)量的流體粒子進(jìn)入凹槽中，朝向通道中心橫向運(yùn)動(dòng)。凹槽各支段(或分支)中的流體流動(dòng)由壓力差推動(dòng)，在主流通道側(cè)壁附近(該特定凹槽的最上游位置)觀察到最大值。凹槽內(nèi)的次級(jí)流動(dòng)圖案被主流道內(nèi)的掃過(guò)流體和凹槽內(nèi)的流體之間的邊界處的動(dòng)量交換所推動(dòng)。通過(guò)在凹槽內(nèi)，將次級(jí)流動(dòng)疊置在主要的橫向流動(dòng)之上，觀察到了螺旋流動(dòng)圖案。這種流動(dòng)圖案由于有較長(zhǎng)的有效反應(yīng)時(shí)間，因此有益于在凹槽壁上發(fā)生的化學(xué)轉(zhuǎn)化的程度。在凹槽兩個(gè)相連的分支內(nèi)的流動(dòng)在通道的中心會(huì)聚，在此處形成了猛烈的上升流，流入主流通道。所述上升流在凹槽的一區(qū)之上產(chǎn)生，在通道寬度中心附近達(dá)到其最大強(qiáng)度。這種通道中心附近的猛烈的上升流可以防止主流通道內(nèi)的流體被吸入凹槽中。模擬結(jié)果顯示，對(duì)于中間平面，甲垸濃度分布是對(duì)稱的。但是在橫向方向觀察到甲垸有一定程度的不均勻分布。這將導(dǎo)致反應(yīng)速率分布的不均勻，這又會(huì)造成不均勻的熱負(fù)荷。但是，考慮到通道壁內(nèi)沿橫向方向的熱傳導(dǎo)，這種不均勻的熱負(fù)荷將會(huì)有效地獲得減小。類似地，在橫向方向上觀察到不均勻的產(chǎn)物(H2)分布。另外，觀察到在較低溫度下獲得更大的提高因子，說(shuō)明凹槽特征有效地加快了反應(yīng)速率，如無(wú)該特征，所述反應(yīng)速率則會(huì)很慢。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage46</column></row><table>在下表中，我們看到，對(duì)于被測(cè)的角度，這種幾何結(jié)構(gòu)的初始反應(yīng)器性能從最好到最差排序如下60度〉45度〉30度表角度的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage47</column></row><table>c)與流動(dòng)方向成傾斜角的表面凹槽一位于通道的兩個(gè)相對(duì)壁上一對(duì)稱一使在凹槽內(nèi)的流體發(fā)散還是用指向相反方向(即與流動(dòng)方向相反，或者順式-B取向)的v形凹槽進(jìn)行了模擬，令人驚訝的是，測(cè)得的提高因子與指向流動(dòng)方向的v形凹槽的情況相同。流動(dòng)圖案與相反取向的凹槽極為不同。對(duì)于指向流動(dòng)方向的v形特征，凹槽內(nèi)的流體朝向通道的中心或v形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)滾動(dòng)。對(duì)于與流動(dòng)方向反向的v形特征，流體朝向通道的側(cè)面滾動(dòng)。在給定凹槽內(nèi)。在v形的頂點(diǎn)處，壓力最高。對(duì)于這兩種情況，表面積的總增量或可用于反應(yīng)的表面位點(diǎn)的總增量保持恒定，因此具有相同的性能。窄的微通道間隙(0.0125")幾乎不會(huì)給予平坦的通道以外部傳質(zhì)阻力，因此橫向和垂直的流動(dòng)影響幾乎沒(méi)有影響。預(yù)期隨著反應(yīng)通道間隙的增大，橫向和垂直流動(dòng)的影響將會(huì)更顯著。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage47</column></row><table>對(duì)于中間平面，濃度分布也是對(duì)稱的，但是觀察到在橫向方向上存在甲烷的不均勻分布(與情況B中觀察到的情況相反)，其中在通道寬度的中心具有局部的高甲垸濃度。這會(huì)導(dǎo)致不均勻的反應(yīng)速率分布，這又會(huì)造成不均勻的熱負(fù)荷。但是，考慮到通道壁內(nèi)沿橫向方向的熱傳導(dǎo)，這種不均勻的熱負(fù)荷應(yīng)該會(huì)被有效地減小。D)與流動(dòng)方向成傾斜角的表面凹槽一在通道的兩個(gè)相對(duì)壁上，但是具有不同的取向在實(shí)施例B和C中，就形狀和取向而言，在通道的相對(duì)壁上具有鏡像表面特征。在本實(shí)施例中，一個(gè)壁上設(shè)置了B類凹槽，相對(duì)壁上設(shè)置了C類凹槽(角度相反)。這種取向也被稱為反式構(gòu)型。失去了通道中間的對(duì)稱面。相對(duì)壁上的表面特征內(nèi)的主要流動(dòng)在橫向指向相反的方向。在一個(gè)側(cè)面上,流動(dòng)從靠近主流通道中心的邊緣轉(zhuǎn)向較遠(yuǎn)的邊緣。在相對(duì)的側(cè)面上，流動(dòng)從遠(yuǎn)離主流通道中心的邊緣轉(zhuǎn)向靠近流動(dòng)通道中心的邊緣。表面凹槽內(nèi)的這些流動(dòng)圖案造成主流通道中沒(méi)有顯著的橫向流動(dòng)方向。這明顯不同于情況B(流動(dòng)從中心指向側(cè)面)和情況C(流動(dòng)從流動(dòng)通道的側(cè)面指向中心)中存在顯著的流動(dòng)方向的現(xiàn)象。另外，在橫向觀察到甲烷的不均勻分布，但是不均勻程度較小。與情況B和C不同，沿橫向的甲烷濃度分布不是單調(diào)的。在一側(cè)，中心的濃度高于通道側(cè)壁附近的濃度。在另一側(cè)，通道側(cè)壁附近的濃度高于流動(dòng)通道中心附近的濃度。相對(duì)壁上凹槽相反的取向可以使?jié)舛确植己土鲌?chǎng)平均化。表面特征以非完美的對(duì)稱、不完全對(duì)稱或不對(duì)稱特征設(shè)置在相對(duì)壁上，因此與情況B和C中所示的對(duì)稱的設(shè)置相比，能夠提供更佳的初始反應(yīng)器性能。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage48</column></row><table>這些結(jié)果顯示，其性能幾乎與壁兩側(cè)上具有相同的表面特征的情況的性能相等。由于具有以推-拉方式配合的兩種特征，改進(jìn)了垂直流動(dòng)，從而略微減小了外部傳質(zhì)，所以有略微的額外的提高。然而，如果模擬了該表面特征圖案的較長(zhǎng)區(qū)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)芯流(coreflow)，芯流中幾乎不會(huì)與活性表面特征發(fā)生相互作用。對(duì)于具有較大間隙的反應(yīng)器通道的情況，垂直流動(dòng)速度的重要性將會(huì)更加顯著。隨著間隙增大，對(duì)具有層流型流體的平坦通道內(nèi)的外部傳質(zhì)的貢獻(xiàn)將會(huì)更加顯著，這是因?yàn)閿U(kuò)散時(shí)間的增加隨著擴(kuò)散距離(或半間隙)的平方而增大。使用表面特征產(chǎn)生垂直流將會(huì)增大初始提高因子。對(duì)于氣相反應(yīng)，與間隙尺寸相關(guān)的表面特征的重要性也將取決于反應(yīng)進(jìn)行的快慢，而反應(yīng)進(jìn)行的快慢與在反應(yīng)通道中花費(fèi)的時(shí)間以及擴(kuò)散所需的時(shí)間有關(guān)。例如，在接近l毫秒的接觸時(shí)間操作的SMR反應(yīng)，即使在25-50微米(微米=千分之一英寸)間隙中也將具有外部傳質(zhì)影響。在接近10毫秒的接觸時(shí)間操作的SMR反應(yīng)，直到間隙接近500微米時(shí)，才會(huì)有外部傳質(zhì)阻力。即使對(duì)于小于500微米的流體間隙，液相反應(yīng)也將具有顯著的傳質(zhì)限制。預(yù)期本發(fā)明的特征不僅對(duì)氣相反應(yīng)是有益的，而且也有益于液相反應(yīng)，這是因?yàn)橐合喾磻?yīng)更有可能表現(xiàn)出外部傳質(zhì)限制。E)具有與流動(dòng)方向呈傾斜角的表面特征一在通道單側(cè)上具有不對(duì)稱的圖案一在通道相對(duì)壁上具有不同的取向就反應(yīng)器性能提高試驗(yàn)了很寬范圍的設(shè)計(jì)參數(shù)。其中包括表面特征深度催化劑活性水平主通道間隙尺寸工藝流速分析的設(shè)計(jì)如圖6所示；黒線顯示了頂面上的凹陷，淺色的線顯示了底面上的凹陷。表對(duì)于smr動(dòng)力學(xué)，在70(tc和25大氣壓下，不同特征深度的反應(yīng)器提<table>tableseeoriginaldocumentpage49</column></row><table>在所有的這些模擬中，都使用了在該部分開(kāi)頭處給定的完全smr催化劑活性。如上表所示，觀察到甲烷轉(zhuǎn)化率有小的提高。應(yīng)當(dāng)指出，所有情況下所達(dá)到的甲垸轉(zhuǎn)化率接近70(tc下的平衡轉(zhuǎn)化率。隨著表面特征深度的增大，從反應(yīng)器進(jìn)口到出口的壓降也增大。這反映出具有較大深度的表面特征內(nèi)存在較大的動(dòng)量損失。然而，當(dāng)表面特征更深時(shí)，壓降的增加速率更慢。表對(duì)于不同的特征深度的反應(yīng)器提高(較低催化劑活性水平一20%)<table>tableseeoriginaldocumentpage49</column></row><table>觀察到隨著催化劑活性減小，提高的程度高得多。對(duì)于上表中總結(jié)的情況，前文所述的基線動(dòng)力學(xué)減小到初始基線的20%。令人吃驚的是，較深的特征得到較佳的性能。較深的特征具有更大的表面積，但是總體流動(dòng)路徑到反應(yīng)器壁的距離也更遠(yuǎn)。另外的表面積超過(guò)了傳質(zhì)的問(wèn)題，這是因?yàn)樵谥魍ǖ纼?nèi)和表面特征自身之內(nèi)的垂直流速造成的?；钚运蕉x為用于前文描述的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式的指前因子的減小百分?jǐn)?shù)。通常，當(dāng)反應(yīng)速率或動(dòng)力學(xué)較慢時(shí)，活性表面特征的影響更顯著。這是當(dāng)催化劑活性減小時(shí)，活性表面特征內(nèi)所花費(fèi)的時(shí)間增加變得更重要的結(jié)果。表對(duì)于甲垸轉(zhuǎn)化，在深0.01"的特征、70(TC和25大氣壓的條件下，活性<table>tableseeoriginaldocumentpage50</column></row><table>表面特征給予的相對(duì)提高經(jīng)歷催化劑活性條件下的優(yōu)化。如果反應(yīng)動(dòng)力學(xué)非?？烨椅⑼ǖ篱g隙很小(對(duì)于接觸時(shí)間小于10毫秒的氣相反應(yīng)，<0.015")，則在通道內(nèi)增加的橫向和垂直流動(dòng)幾乎沒(méi)有增加優(yōu)點(diǎn)，大部分的影響是由表面積的增大造成的。如果動(dòng)力學(xué)過(guò)慢，則微通道中短接觸時(shí)間的環(huán)境占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榉磻?yīng)物在達(dá)到可觀的轉(zhuǎn)化率之前便被掃出反應(yīng)器。表對(duì)于甲垸轉(zhuǎn)化，在深0.015"的特征、70(TC和25大氣壓的條件下，工藝流速對(duì)反應(yīng)器性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage50</column></row><table>對(duì)于SMR反應(yīng)速率在20X的基線活性水平下，所有情況下的甲垸轉(zhuǎn)化率都認(rèn)為遠(yuǎn)離70(TC下的平衡值(44呢)。如表中所示，發(fā)現(xiàn)最深的特征的提高效果最高。當(dāng)流速增大超過(guò)基線流速時(shí)，令人驚訝地觀察到進(jìn)一步提高。隨著流速減小，提高減少。對(duì)于后一種情況，從較低的流速減小到更低的速度，減少了這種固定幾何結(jié)構(gòu)的流體旋轉(zhuǎn)，從而略微減小了提高因子。當(dāng)流速增大時(shí)，總體速度也增大，因此產(chǎn)生了由表面特征產(chǎn)生的橫向和垂直速度。當(dāng)動(dòng)力學(xué)比基線情況慢時(shí)，表面特征的影響變得更重要-部分是由于該研究的基線動(dòng)力學(xué)非?？?。較高的流速也對(duì)應(yīng)于較高的雷諾數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)增大時(shí)，分子在活性表面特征中將花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，因此它們?cè)诖呋瘎┨幓蚋浇l(fā)生反應(yīng)的時(shí)間更長(zhǎng)。表通道間隙尺寸對(duì)反應(yīng)器性能的影響(間隙尺寸0.04")，70(TC，25大氣壓，SMR反應(yīng)，O.Ol"深表面特征<table>tableseeoriginaldocumentpage51</column></row><table>對(duì)于該表中所示的情況，模擬了大得多的間隙。使用大得多的間隙，如預(yù)期，觀察到了更大的提高因子。對(duì)0.01"深的表面特征的20%基線活性和基本流速類似的情況是對(duì)于0.0125"的間隙的提高因子為26.6%，對(duì)0.04"的間隙的提高因子為31.9%。在大間隙的情況下也觀察到在較高流速情況下具有較高的提高因子的趨勢(shì)。實(shí)施例一使用表面特征提高傳熱表面特征引起旋轉(zhuǎn)或螺旋流動(dòng)路徑，這些流動(dòng)路徑可以提高從壁向流體主體(或反之亦然)的傳熱。使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)估算了表面特征帶來(lái)的傳熱的改進(jìn)。使用的工具是FluentV6.1.22。對(duì)最小尺寸不同的兩種微通道建立CFD模型。一種通道的間隙為0.0125"，另一種通道的間隙為0.040"。對(duì)于各種間隙尺寸，建立兩種模型l)不具有表面特征和2)具有表面特征，以分別估算傳熱提高。使用GambitV2.2.30建立CFD模型。圖l-3中顯示了通道尺寸和表面特征的詳圖。主通道尺寸是寬4.06毫米，間隙1.02毫米和長(zhǎng)36.83毫米。一段在主通道長(zhǎng)度的3.81毫米開(kāi)始和5.08毫米終止之間的主通道具有圖6所示的表面特征。所述表面特征圖案與SHM中提出的圖案類似，但是包括特征的微通道壁的尺寸或數(shù)量不同，而且也不像本實(shí)施例中那樣使用填充特征。表面特征是被0.38毫米的壁隔開(kāi)的0.38毫米的開(kāi)口，其深度為0.25毫米，用于微通道的兩個(gè)側(cè)面上。在Gambit中產(chǎn)生了用于計(jì)算流體分析的網(wǎng)(mesh)。網(wǎng)格的總數(shù)為131106，面的總數(shù)為542409，節(jié)點(diǎn)的總數(shù)為177006。產(chǎn)生網(wǎng)以盡可能將其保持為規(guī)則的網(wǎng)?？紤]了用兩種流體來(lái)確定表面特征的混合效率。下面給出了流體的性質(zhì)和操作條件l)氣體a.出口壓力二34Spsib.進(jìn)口溫度-300Kc.粘度-1.28X10-5kg/m/sd.導(dǎo)熱系數(shù)=0.087W/m/Ke.比熱=2768.03J/kg/Kf.密度=使用理想氣體定律g.分子量=17.49g/mo1h.分子擴(kuò)散系數(shù)"X10—5m2/s2)液態(tài)水a(chǎn).出口壓力d4.7psib操作溫度-300Kc禾占度-1.0X10—3kg/m/sd.導(dǎo)熱系數(shù)=0.6W/m/Ke比熱=4182J/kg/Kf密度=998.2kg/m3g分子量=18.01g/mo1h分子擴(kuò)散系數(shù)^X10力mVs情況l:0.0125英寸的通道間隙使用液態(tài)水作為流體邊界條件O操作壓力=14.7psiO出口壓力=OpsigO進(jìn)口速度=1.54m/sO進(jìn)口溫度300KO壁溫度-350K通道中流體的雷諾數(shù)為1000。雷諾數(shù)計(jì)算如下盧式中p-流體密度，kg/m3v=流體速度，m/sD=通道的水力直徑，ml!二流體的粘度，kg/m/s總傳熱系數(shù)通過(guò)下式估算:式中HTC總體-總傳熱系數(shù)(W/mK)Q壁-從壁傳遞的熱量(W)八=基于平坦(或無(wú)表面特征)幾何結(jié)構(gòu)的傳熱面積，m2LMTD:平均溫差的對(duì)數(shù)值模型選擇對(duì)CFD分析選擇K-Q模型(SST類)。模型常數(shù)的數(shù)值是Fluent6.0提供的默認(rèn)值。選擇完全多組分?jǐn)U散物質(zhì)傳遞模型。擴(kuò)散系數(shù)為lE-5m々s。結(jié)果圖7顯示了平坦通道(無(wú)表面特征)與具有表面特征幾何結(jié)構(gòu)的通道之間的溫度曲線的比較。該溫度曲線是沿著流動(dòng)方向，在通道中心繪制的。所有的溫度的單位均為開(kāi)。對(duì)于具有表面特征的幾何結(jié)構(gòu)，從壁向流體的傳熱比較快。下表比較了平坦通道和表面特征幾何結(jié)構(gòu)的計(jì)算的傳熱系數(shù)。結(jié)果顯示，具有表面特征的幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)于不具有表面特征的情況，傳熱系數(shù)提高143%，壓降增大63%。注意傳熱的相對(duì)提高大于壓降的相對(duì)提高。還要注意，為了達(dá)到與長(zhǎng)1.4英寸的平坦通道相同的性能，具有表面特征的通道的長(zhǎng)度僅需為0.3英寸。表對(duì)于0.0125英寸的間隙，平坦通道和表面特征幾何結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)和壓降的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage53</column></row><table>情況2:0.040英寸的通道間隙使用氣體作為流體邊界條件O操作壓力^345psiO出口壓力=0psigO進(jìn)口速度-0.47m/s0進(jìn)口溫度-300K0壁溫度-350K使用液態(tài)水作為流體0操作壓力=14.7psi0出口壓力二Opsig0進(jìn)口速度-0.60m/s0進(jìn)口溫度-300K0壁溫度350K通道中的流體的雷諾數(shù)為IOOO。模型選擇選擇K-Q模型(SST類訴于CFD分析。模型常數(shù)的數(shù)值是由Fluent6.0提供的默認(rèn)值。選擇完全多組分?jǐn)U散物質(zhì)傳遞模型。擴(kuò)散系數(shù)為lE-5m々s。結(jié)果對(duì)于這種較大的間隙，具有表面特征的幾何結(jié)構(gòu)仍然表現(xiàn)出優(yōu)于平坦幾何結(jié)構(gòu)的提高傳熱。表2將平坦幾何結(jié)構(gòu)和具有表面特征的幾何結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)和壓降進(jìn)行了比較。表對(duì)于0.040英寸的間隙，對(duì)平坦通道和表面特征幾何結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)和壓降的比較氣體液體平坦通道表面特征平坦通道表面特征進(jìn)口速度(米/秒)0.470.470.600.60雷諾數(shù)約IOOO約IOOO約IOOO約IOOO面積增加％34%34%HTC(W/m'/K)336527517412244HTC提高X44%136%壓降(psi)0.00080.00110.070.09壓降增大％40%36%在兩種情況下，傳熱系數(shù)的增大大于每單位長(zhǎng)度的壓降增大。另外，還可預(yù)期通過(guò)減小微通道的長(zhǎng)度，可以得到更高效的交換器，從而可以進(jìn)一步減小系統(tǒng)的壓降。實(shí)施例甲烷燃燒使用整體一步機(jī)理模擬甲垸的燃燒，在此機(jī)理中，甲垸與兩個(gè)氧氣分子反應(yīng)，生成1分子的C02和2分子的水(式1)。模擬了甲垸的燃燒速率，對(duì)于甲垸和氧氣都是一級(jí)反應(yīng)(式2)。在獨(dú)立的研究中估算了活化能，為553,900kJ/mo1,指前因子為1130m4/kgmol/s，中心溫度為1098.2K。CH4+202->C02+2H20式i廠ot4=&cw4exp|式2尺丄1c'乂乂本實(shí)施例的具體目標(biāo)是使用小CFD模型模擬具有等溫壁邊界條件的微通道幾何結(jié)構(gòu)，以便對(duì)具有表面特征的設(shè)計(jì)相對(duì)于具有平坦的壁(或沒(méi)有表面特征)的可比較設(shè)計(jì)的燃燒性能提高進(jìn)行定量比較。下表給出了輸入條件<table>tableseeoriginaldocumentpage55</column></row><table>圖8顯示了具有表面特征和不具有表面特征的實(shí)驗(yàn)性能數(shù)據(jù)。該模型使用上表所列的邊界條件進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)燃燒催化劑動(dòng)力學(xué)的指數(shù)前常數(shù)進(jìn)行修正，直至模擬預(yù)測(cè)的CH4轉(zhuǎn)化率與具有和不具有表面特征的75(TC的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。使用用來(lái)匹配具有和不具有表面特征的模型中所需的指前因子之比，對(duì)具有表面特征情況下的性能提高進(jìn)行定量。估算了750'C下的表面特征提高因子。在75(TC下的具有表面特征的甲垸轉(zhuǎn)化性能提高因子為4.4倍。也就是說(shuō)，在75(TC下，僅設(shè)置在平坦壁上的催化劑的活性必須達(dá)到4.4倍，才能達(dá)到與設(shè)置在具有表面特征的微通道上的催化劑相同的性能。假設(shè)和參考所述幾何結(jié)構(gòu)是間隙0.058英寸的通道，寬0.16英寸，長(zhǎng)3.5英寸表面特征圖案是通道頂面和底面上的SFG-1?；€情況的燃料稀燃動(dòng)力學(xué)指前因子為1129.3，表示為1倍。在此實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的平滑或平坦通道上的試驗(yàn)催化劑高得多-改良配方的結(jié)果。對(duì)兩種情況使用相同的催化劑配方。對(duì)指前因子進(jìn)行修正，以匹配75(TC下平滑通道的CH4轉(zhuǎn)化率。75(TC下平滑通道的CH4轉(zhuǎn)化率約為47呢(見(jiàn)圖1)。匹配平滑通道的性能之后，改變指前因子以便與有表面特征的性能相匹配。下表列出了結(jié)果。表在750'C的CFD模型分析的總結(jié)<table>tableseeoriginaldocumentpage56</column></row><table>具有表面特征的性能提高因子(在75()GC)-4.4倍，從而說(shuō)明催化劑如果設(shè)置在平坦的或無(wú)特征的通道上，則需要4.4倍高的活性才能獲得相同的轉(zhuǎn)化率性實(shí)施例廢氣凈化本實(shí)施例在簡(jiǎn)化的模擬燃燒廢氣流(僅含CH4，02和余量的N2)中模擬了燃燒廢氣(最終2500ppm)的凈化。設(shè)計(jì)概述該幾何結(jié)構(gòu)包括間隙0.058英寸的通道，寬0.16英寸，長(zhǎng)3.5英寸，位于片式(pellet)器件中，在所述0.058英寸的間隙的任一側(cè)面上具有板，該板具有凹陷的表面特征，或者具有平坦的表面。所選的表面特征圖案是位于主通道兩個(gè)相對(duì)的主壁上的SFG-I，其為反式構(gòu)型，特征深度為0.010英寸，各自具有0.015"的跨距，特征間距0.015"。制造詳細(xì)說(shuō)明為了使背景活性最小，器件中的部件具有氧化鉻外皮(通過(guò)incond617熱處理生長(zhǎng)出來(lái)，在此處理中，所述通道在氧氣和氮?dú)獾南』旌衔镏屑訜嶂?00(TC，處理4小時(shí))。在對(duì)平坦的和包括表面特征的試件進(jìn)行熱處理，使其生長(zhǎng)出氧化鉻外皮之后，將分散在熱解法氧化鋁(fumedalumina)上的鉑遮蓋涂敷到該試件上。熱解法氧化鋁上的遮蓋涂層催化劑為50呢的Pt,3免的CaO，負(fù)載量約為10毫克/英寸2。所述空白試件是平坦的，具有氧化鉻外皮，但是沒(méi)有催化劑。試驗(yàn)設(shè)置空氣和"燃料"(N2+CH4)在盤管中分開(kāi)預(yù)熱，然后立即將空氣注入器件片中的上游。由于在模擬的廢氣中，用N2代替了所有的CO，H2，C0JPH20，預(yù)期動(dòng)力學(xué)活性不同于進(jìn)料中包含水的情況。設(shè)計(jì)流速，使得如果所有的CH4燃燒、廢氣中將保留2.05%的02。溫度(750-950。C)2)&流速(7.383-3.184SLPM)固定常數(shù)CH4流速(0.0213SLPM)，02流速(1.035SLPM)，以及設(shè)備結(jié)果在平坦的和具有表面特征的試件中，測(cè)得CH4的轉(zhuǎn)化率在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有顯著的不同(在750'C，轉(zhuǎn)化率相對(duì)高24%，在900。C，轉(zhuǎn)化率相對(duì)高7%)。CFD模擬證明，平坦的器件片在750-85(^C下的初始數(shù)據(jù)主要是傳質(zhì)限制的，如果需要達(dá)到通過(guò)添加表面特征獲得的那樣相同的甲垸轉(zhuǎn)化率相對(duì)提高，需要催化劑活性增大4.4倍。即使是對(duì)于高達(dá)95(TC的溫度，空氣和燃料在進(jìn)入片式器件之前立即混合，也大大減小了測(cè)得的背景活性。實(shí)施例壓降進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以確定具有表面特征的通道中的壓降，將其與不具有表面特征的通道中的壓降相比較。制造了一種器件，該器件在主通道的兩個(gè)主(相對(duì))壁上具有順式-A取向的SFGO圖案。在進(jìn)口和出口之間制造了7個(gè)壓力位置，以測(cè)量通道中不同位置的壓力。通道尺寸為0.16英寸X0.020英寸X6.985英寸。表面特征呈V形，表面特征臂之間成45。角。表面特征的開(kāi)口為0.015英寸，特征之間隔開(kāi)0.015英寸。各表面特征的深度為0.010英寸。"V-形"的兩個(gè)臂用半徑0.008"的曲線連接。所述特征支段(或臂)的另一端為半圓形。使用空氣作為流體。試驗(yàn)臺(tái)由一個(gè)流動(dòng)空氣質(zhì)量流速控制器、9個(gè)電磁閥和2個(gè)差壓傳感器(0-5psid和0-15psid)組成。該系統(tǒng)是完全自動(dòng)的，這樣對(duì)于各種流速校準(zhǔn)過(guò)質(zhì)量流速控制器、連接管子之后，實(shí)驗(yàn)室觀察者將設(shè)定流速，打開(kāi)與第一個(gè)端口相連的電磁閥，決定使用哪個(gè)差壓變換器(0-5psid或0-15psid)，保持穩(wěn)態(tài)，記錄下數(shù)值，轉(zhuǎn)移到下一個(gè)端口。穩(wěn)態(tài)定義為壓力變化小于1%的情況。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)計(jì)劃來(lái)測(cè)試在不同的流體和不同流速的情況下，表面特征對(duì)壓降的影響。選擇用于測(cè)試的流體是水和空氣。改變流速以獲得層流狀態(tài)和過(guò)渡狀態(tài)的雷諾數(shù)。下面是試驗(yàn)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。<table>tableseeoriginaldocumentpage58</column></row><table>結(jié)果測(cè)量壓力的通道總長(zhǎng)度為6.985"。圖9顯示了具有和不具有表面特征的試驗(yàn)壓降的比較。從圖9可以看出，具有表面特征的通道和不具有表面特征的通道之間總通道壓降之差，隨著雷諾數(shù)增大而增大。"壓降因子"定義為壓降因子=具有表面特征的通道中的壓降/平滑通道中的壓降。圖10顯示了壓降因子隨雷諾數(shù)的變化。計(jì)算了總壓降因子以及通道中不同區(qū)內(nèi)的壓降因子。"壓降因子-l-2"表示壓力端口1和2之間的壓降因子(1最接近進(jìn)口)。從圖中可以看出，在接近進(jìn)口的位置(端口1和2之間)，壓降因子隨雷諾數(shù)的變化較為平坦。端口1和2之間的距離為0.985"。在端口2之后，在層流區(qū)中，壓降因子隨著雷諾數(shù)增大而急劇增大，在過(guò)渡流區(qū)中，則會(huì)變平。隨后的壓降因子隨雷諾數(shù)的變化(端口2和3之間，3和4之間，4和5之間)與總壓降因子隨雷諾數(shù)的變化情況類似。還應(yīng)注意，壓降因子是隨表面特征設(shè)計(jì)而變的。這些結(jié)果顯示，所述表面特征通道的壓降相對(duì)于平坦或平滑通道的增大是雷諾數(shù)的函數(shù)。隨著雷諾數(shù)增大，壓降因子從小于1.5倍增大到大于2.3倍。當(dāng)雷諾數(shù)增大超過(guò)層流區(qū)，進(jìn)入過(guò)渡區(qū)和湍流區(qū)時(shí)，表面特征相對(duì)于平坦通道的壓降比逐漸接近約2.3倍。對(duì)于不同的表面特征設(shè)計(jì)、主通道間隙和流體性質(zhì)，預(yù)計(jì)在不同體系中，漸近值會(huì)改變。這些結(jié)果表明，使用表面特征還可有益地提高微通道中的過(guò)渡或湍流系統(tǒng)，在較高雷諾數(shù)下，壓降的增大趨于平坦，但是表面特征的表面積的凈增加可能會(huì)抵消壓降的增大。例如，對(duì)于在用于上述實(shí)施例的微通道內(nèi)的湍流狀態(tài)操作的熱交換器，提供大于2.3倍的表面積的表面特征幾何結(jié)構(gòu)將會(huì)使得總傳熱增大(傳熱系數(shù)乘以傳熱面積)超過(guò)壓降的凈增加。凈結(jié)果是對(duì)于特定負(fù)荷，熱交換體積較小，而總壓降不增大。對(duì)于類似的總器件熱負(fù)荷，在湍流狀態(tài)下操作的表面特征微通道的相應(yīng)的長(zhǎng)度很可能比湍流狀態(tài)下操作的平坦微通道短。實(shí)施例壓降的模擬在本實(shí)施例中，使用FLUENT模擬了流過(guò)具有表面特征的微通道的情況。模擬的結(jié)構(gòu)是SFGO-45度角，反式，長(zhǎng)10.3英寸。該模擬工作的目的是研究在各種條件下該表面特征器件的壓降。CFD結(jié)果顯示，壓降對(duì)表面特征高度敏感，根據(jù)條件，在平坦通道中，各處的壓降從53%增大到162%。特定表面特征幾何結(jié)構(gòu)包括45。表面特征反式構(gòu)型設(shè)置(頂部和底部壁上的取向相反)表面特征深度=0.010英寸；寬度=0.015英寸表面特征長(zhǎng)度方向間距=0.042英寸間隙=0.0125英寸總寬度=0.160英寸總長(zhǎng)度=10.3英寸(0.15英寸的上游和下游，不包括表面特征)。特征的總數(shù)=239為上述幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了CFD網(wǎng)，總計(jì)一百四十萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格-六面體形。上述CFD模型在12種不同的條件下進(jìn)行運(yùn)算，四次運(yùn)算在"SMR"條件下進(jìn)行，即T=800°C,P=2533000Pa,p=5.067kg/cu.m，迸口速度二12.13-37.6m/s。四次運(yùn)算在"水"條件下進(jìn)行，即T=20°C，P=101325Pa，p=998.2kg/cu.m,進(jìn)口速度=1.704-5.284m/s。四次運(yùn)算在"空氣"條件下進(jìn)行，即T=20°C，P=101325Pa，p=1.20559kg/cu.m，進(jìn)口速度=25.72-79.49m/s。另外，為了比較，這些CFD運(yùn)算在這些條件、但是沒(méi)有表面特征的情況下重復(fù)。這些CFD分析的基本主要假設(shè)包括1.通道限制成不包括反應(yīng)。2.流動(dòng)認(rèn)為是完全層流。3.整個(gè)流場(chǎng)設(shè)為絕熱的。4.流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)的。計(jì)算/分析下面包括了這些12+12次運(yùn)算的CFD結(jié)果。"總dP"表示整個(gè)長(zhǎng)度上的流場(chǎng)壓降。"產(chǎn)生的(Devel叩ed)dP"表示在認(rèn)為是周期性的流動(dòng)的位置出現(xiàn)的壓降。CFD結(jié)果顯示，在0.654英寸至10.066英寸的位置存在該周期性的區(qū)域。最后還包括了壓降增加。層流情況下，表面特征與平頂結(jié)構(gòu)壓降之比較具有表面特征-人字形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的區(qū)域(0654-10.066英寸)<table>tableseeoriginaldocumentpage60</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage61</column></row><table>由這些結(jié)果，注意到一個(gè)驚人的結(jié)果，在特定雷諾數(shù)之下，壓降的增大完全與實(shí)際流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。換言之，與在2(TC和1大氣壓條件下的流體空氣(氣體)或水(液體)相比，在雷諾數(shù)約為IOOO、80(TC時(shí)，對(duì)于蒸汽甲垸轉(zhuǎn)化反應(yīng)的流體混合物(23大氣壓，蒸汽與甲垸之比為3:1)，觀察到平坦通道內(nèi)的壓降增加約為52-54%。類似地，在接近3000的雷諾數(shù)之下，壓降比增加接近160%。這些明顯的結(jié)果說(shuō)明，由壓降的增大表示的另外的混合的程度僅由雷諾數(shù)所控制。這些結(jié)果的另一個(gè)驚人之處在于，它們從層流狀態(tài)轉(zhuǎn)化為過(guò)渡流狀態(tài)(Re3000)。認(rèn)為相對(duì)于主流通道的表面特征幾何結(jié)構(gòu)和尺寸將會(huì)改變從平坦通道到表面特征通道的壓降增加的絕對(duì)值，但是在相同的雷諾數(shù)下，對(duì)于特定幾何結(jié)構(gòu)超過(guò)平壁的該壓降增大與流體無(wú)關(guān)。實(shí)施例表面特征的不同的深度和寬度對(duì)于本研究，表面特征深度和寬度是不同的。在Fluent-6.0中開(kāi)發(fā)了CFD模型來(lái)研究表面特征的深度和寬度的影響。通過(guò)觀察軌跡線(pathline)定性地測(cè)量深度和寬度的影響。為了定量測(cè)量，在特征的表面上施加表面反應(yīng)，測(cè)量出口處的氣體組成。發(fā)現(xiàn)相比表面特征的寬度，表面特征的深度對(duì)流動(dòng)混合的影響更大。下表給出了用于本研究的CFD模型的描述。61表情況l的模型描述<table>tableseeoriginaldocumentpage62</column></row><table>情況2與情況1相同，不同之處在于，表面特征寬度為0.508毫米。情況3與情況1相同，不同之處在于，表面特征深度為0.762毫米。這些CFD分析的假設(shè)包括認(rèn)為流動(dòng)是完全層流；整個(gè)流場(chǎng)是絕熱的；流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)的。當(dāng)在0.597毫米的固定主通道間隙下，表面特征的深度從0.508毫米增大到0.762毫米時(shí)，相比較寬的表面特征，流向邊緣、然后流向中心的流動(dòng)次數(shù)顯著增加。在通道中引入表面特征的一個(gè)目的是打破層狀邊界層，以提高傳熱和傳質(zhì)性質(zhì)。通過(guò)在表面特征壁上施加甲垸燃燒的表面反應(yīng)，并比較出口的甲垸濃度和通道中的總壓降，來(lái)研究增大寬度和深度的效果。下表列出了施加有表面反應(yīng)的情況l、情況2和情況3的進(jìn)口/出口甲垸濃度和壓降。表甲烷濃度和壓降<table>tableseeoriginaldocumentpage63</column></row><table>從上表可以看出，情況3(具有增大的特征深度)在出口處達(dá)到了最小的曱烷濃度。這是由于流體在通道中更多運(yùn)動(dòng)以及能夠更好地使流體與表面反應(yīng)壁接觸而造成的。然而，流體的運(yùn)動(dòng)會(huì)造成通道里有更高的壓降。另外目視觀察軌跡線，在通道內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)和混合方面，情況2看來(lái)優(yōu)于情況1。但是情況l和情況2之間甲垸出口濃度的比較顯示，流體被引到反應(yīng)壁的程度不如情況l。應(yīng)當(dāng)注意，本研究中使用的催化劑動(dòng)力學(xué)略慢于(因子為4.5)前述的燃燒實(shí)施例所使用的催化劑動(dòng)力學(xué)。因此，所得的甲垸ppm的出口預(yù)測(cè)值高得多。實(shí)施例-相對(duì)側(cè)面上的特征對(duì)僅在一個(gè)壁上有表面特征的通道和在兩個(gè)相對(duì)壁上有"順式"取向的表面特征的通道的混合性能進(jìn)行了比較評(píng)價(jià)，其中主通道尺寸為0.0125英寸X0.160英寸X2.5英寸。所述表面特征是SFG-O型，跨距寬度為0.015英寸，深度為O.Ol英寸，互相分開(kāi)，間隔為0.015英寸。SFG-0幾何結(jié)構(gòu)的表面特征角度為45。。對(duì)于此處考慮的具體情況，發(fā)現(xiàn)具有"A"流動(dòng)取向的單側(cè)特征在垂直于流動(dòng)的方向達(dá)到最佳的混合。但是，表面特征設(shè)計(jì)的效果取決于通道幾何結(jié)構(gòu)和流速。計(jì)算/分析單側(cè)幾何結(jié)構(gòu)以兩種流動(dòng)取向進(jìn)行運(yùn)算A和B，A中流體進(jìn)料沿著有角度的支段、向著頂點(diǎn)流動(dòng)，B中的流體沖擊在頂點(diǎn)上，然后向外流過(guò)具有角度的支段。下表列出了順式A和順式B取向的單側(cè)和雙側(cè)表面特征在通道內(nèi)的壓降比較。表壓降比較<table>tableseeoriginaldocumentpage64</column></row><table>雙側(cè)特征中較高的壓降是由于通道兩個(gè)側(cè)面上的特征造成的。對(duì)于"B"流動(dòng)取向，單側(cè)特征幾何結(jié)構(gòu)具有最低的壓降，其混合效果優(yōu)于雙側(cè)的情況。應(yīng)當(dāng)注意，這種比較是對(duì)于0.381毫米的較小開(kāi)放流動(dòng)間隙和0.67的表面特征深度:微通道開(kāi)放間隙比進(jìn)行的。別處還顯示了當(dāng)開(kāi)放微通道間隙增大，或表面特征深度:微通道開(kāi)口間隙之比減小到低于0.3，則使用雙側(cè)表面特征是特別有益的。特別有利于運(yùn)動(dòng)到更大的微通道幵口間隙，以增大單元操作的生產(chǎn)能力，以及減小單元操作中包含的金屬的總量。在一些實(shí)施方式中，"A"流動(dòng)取向要比"B"流動(dòng)取向更不大可能形成無(wú)限循環(huán)區(qū)(或死區(qū))。對(duì)于其它的圖案，觀察到相反的趨勢(shì)。實(shí)施例表面特征幾何結(jié)構(gòu)研究了許多表面特征幾何結(jié)構(gòu)的混合效率和對(duì)流動(dòng)旋轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)，其條件列于表X1-X2。對(duì)于表X1中情況1的幾何結(jié)構(gòu)和條件，流動(dòng)的一些軌跡線似乎被截留在頂點(diǎn)處或通道寬度中心處表面特征角度變化的位點(diǎn)的死區(qū)。所述頂點(diǎn)處潛在的死區(qū)部分是由于以下原因形成的表面特征兩個(gè)支段的支段長(zhǎng)度相同，各支段的角度變化180度，在頂點(diǎn)處產(chǎn)生完全的對(duì)稱點(diǎn)，頂點(diǎn)處特征內(nèi)的流體的作用力都是相同的，沿任一支段往下。不產(chǎn)生這種對(duì)稱點(diǎn)的圖案較不易形成死區(qū)。表X1情況1-3的模擬的CFD模型的幾何結(jié)構(gòu)和條件<table>tableseeoriginaldocumentpage65</column></row><table>表X2情況4-5模擬的CFD模型幾何結(jié)構(gòu)和條件<table>tableseeoriginaldocumentpage66</column></row><table>分析了CFD結(jié)果，用來(lái)幫助確定下文討論的表面特征的特性。對(duì)于表X1中情況l的幾何結(jié)構(gòu)和條件，軌跡線被截留在通道寬度中心的表面特征中的死區(qū)內(nèi)(所述表面特征凹槽支段部分的兩個(gè)上游端或角相交的位置)。表X1中情況2的CFD模擬結(jié)果說(shuō)明，該種表面特征幾何結(jié)構(gòu)類型的反式構(gòu)型在大致與表面特征凹槽的各支段部分(角)的中點(diǎn)對(duì)齊的橫跨主通道寬度的側(cè)向位置在主通道間隙中心附近產(chǎn)生了基本筆直/略微扭曲流動(dòng)的不良混合區(qū)，在主通道的包括表面特征的壁附近的流體圍繞這三個(gè)流動(dòng)中心核渦旋。相反，這種表面特征幾何結(jié)構(gòu)順式構(gòu)型(表X1中的情況3)CFD結(jié)果表明，在主通道流動(dòng)的整個(gè)橫截面上，順式結(jié)構(gòu)混合效率高得多，不存在不會(huì)周期性掃入表面特征中的流動(dòng)核。對(duì)于其它將主通道中的主流拉向與表面特征凹槽的各支段部分(或角)的上游端對(duì)齊的跨越主通道寬度的側(cè)向位置的順式構(gòu)型情況，情況3的流線顯示了相同的趨勢(shì)。表X2中情況4和情況5的CFD模擬結(jié)果顯示，該表面特征幾何結(jié)構(gòu)取決于流動(dòng)方向，其中順式-B流動(dòng)方向能夠略快地產(chǎn)生良好混合的流動(dòng)，順式-A流動(dòng)在主通道中分成兩股，但是這兩種情況均表現(xiàn)出良好的混合。對(duì)于表X1中的順式情況，情況4和情況5(表X2)的結(jié)果顯示將主通道中的主流拉向與所述表面特征凹槽各支段部分(或角度)的上游端對(duì)齊的跨越主通道寬度的側(cè)向位置，不存在在沿著主通道長(zhǎng)度向下流動(dòng)時(shí)不會(huì)周期性掃入表面特征內(nèi)的流動(dòng)核。特征幾何結(jié)構(gòu)影響效果的概述對(duì)于主通道內(nèi)總體流動(dòng)提供良好混合是很重要的表面特征幾何結(jié)構(gòu)的兩個(gè)方面是1)所述表面特征必須能夠有效地在通道中引起一部分總體流動(dòng)轉(zhuǎn)入各表面特征的前緣，2)對(duì)于足夠數(shù)量的沿流動(dòng)長(zhǎng)度重復(fù)的表面特征，在各表面特征的局部上游和下游末端或"端部"之間保持足夠的特征行程長(zhǎng)度。足夠的行程長(zhǎng)度優(yōu)選至少為通道間隙的兩倍，更優(yōu)選最少為通道間隙的四倍。將流體引入表面特征內(nèi)的一個(gè)重要的變量是表面特征深度比，R深度式中深度sf是表面特征的深度，間隙是主通道內(nèi)的間隙。為了導(dǎo)致足夠的流體進(jìn)入所述表面特征，所述表面特征深度與通道間隙之比RM優(yōu)選為0.010-100，更優(yōu)選為0.10-10，更加優(yōu)選為0.25-2。沿著包括相同的沿流動(dòng)長(zhǎng)度重復(fù)的表面特征幾何結(jié)構(gòu)的通道的延伸方向的所有表面特征的局部上游和下游端部之間的側(cè)向擴(kuò)展(lateralspread)由側(cè)向擴(kuò)展比R側(cè)向擴(kuò)展定義。側(cè)向擴(kuò)展比定義為~向展開(kāi)=端部—^fRSF'COS(")，式中，橫向展開(kāi)改為側(cè)向擴(kuò)展。式中端部—長(zhǎng)度sf是從局部上游端部到局部下游端部的表面特征支段長(zhǎng)度，a是表面特征角，跨距sf是表面特征的跨距。注意在01=90度的極限情況下(表面特征與主通道平均總體流動(dòng)方向?qū)R)，側(cè)向擴(kuò)展比為O。為了能有效地貫穿總體流動(dòng)，側(cè)向擴(kuò)展比優(yōu)選為3-100，更優(yōu)選為5-20。注意具有合適的側(cè)向擴(kuò)展比是表面特征引起的流動(dòng)作用導(dǎo)致明顯貫穿總體流動(dòng)的必要但非充分條件。當(dāng)表面特征沿流動(dòng)方向連續(xù)重復(fù)時(shí)，表面特征的數(shù)量和間距也是重要的。特征與特征之間的間距優(yōu)選小于端部一長(zhǎng)度sf，更優(yōu)選間距長(zhǎng)度與表面特征跨距之比為0.1-10，更加優(yōu)選在合理前提下盡可能密，這可由制造限制決定。為了形成良好的混合，表面特征應(yīng)重復(fù)的最小數(shù)量取決于幾何結(jié)構(gòu)和條件，但是簡(jiǎn)化的經(jīng)驗(yàn)方法是設(shè)計(jì)具有合適的表面特征進(jìn)口長(zhǎng)度的通道。換句話說(shuō)，我們可以將特征進(jìn)口長(zhǎng)度數(shù)(L特征進(jìn)口)定義為,^^^sf'Nsf'N具有特征的壁特征進(jìn)口^式中，深度sf是表面特征的深度，間隙是主通道內(nèi)的間隙，NsF是每個(gè)壁上基本類似的連續(xù)重復(fù)的表面特征的最小數(shù)，N具儲(chǔ)征,是包括表面特征的壁的數(shù)量。為了形成良好的混合圖案，特征進(jìn)口長(zhǎng)度數(shù)優(yōu)選為5-80，更優(yōu)選為10-40，更優(yōu)選為10-20。當(dāng)然，超過(guò)特征進(jìn)口長(zhǎng)度，可以連續(xù)重復(fù)比最小數(shù)量多的特征，但是特征進(jìn)口長(zhǎng)度給出了形成將新鮮的總體流動(dòng)從主通道引入活性表面特征內(nèi)的流動(dòng)圖案所需的最小數(shù)量的估算值(假定設(shè)計(jì)的其它方面(例如主通道間隙)不會(huì)排除這一點(diǎn))。實(shí)施例熱反應(yīng)預(yù)期表面特征可有益地用于均相反應(yīng)，包括催化的和非催化的反應(yīng)。非催化的均相反應(yīng)的一個(gè)例子是乙烷熱裂解生成乙烯的反應(yīng)。使用表面特征引起微通道內(nèi)的混合或流體旋轉(zhuǎn)，從而破壞了層狀流線。在常規(guī)的層流微通道中，從通道中心線到壁存在相當(dāng)大的溫度梯度。對(duì)于吸熱反應(yīng)，中心線的溫度低得多，因此總反應(yīng)速率會(huì)降低。對(duì)于放熱反應(yīng)，中心線溫度高得多，因此形成不希望有的副反應(yīng)的情況會(huì)加劇。流體在通道內(nèi)旋轉(zhuǎn)減小了通道內(nèi)的溫度梯度。另外，在具有壁表面特征的微通道壁上，有高得多的傳熱系數(shù)和更大的傳熱表面積。因此，對(duì)于吸熱反應(yīng)，熱量可以更快地施加到工藝微通道，或者對(duì)于放熱反應(yīng)，可以更快地從工藝通道除去，從而有可能避免發(fā)生不希望有的副反應(yīng)。預(yù)期表面熱通量的增大大于相應(yīng)的平坦通道的兩倍，這是基于與表面特征頂部相切的橫截面。而且，包括表面特征的均相反應(yīng)的總反應(yīng)器體積可以小至不包括表面特征的反應(yīng)器相應(yīng)體積的十分之一。實(shí)施例毛細(xì)管特征對(duì)催化劑的負(fù)載量和重新分配的影響使用兩種試件(長(zhǎng)152毫米X寬12.7毫米)，一種具有毛細(xì)管特征(3CFO0.76毫米或3密耳深的毛細(xì)管特征)。所述毛細(xì)管特征是水平的狹縫(角度為O度，深0.076毫米，寬0.076毫米。支段長(zhǎng)度為4毫米，另一種沒(méi)有毛細(xì)管特征(平坦試件，F(xiàn)C)，通過(guò)將這些試件浸漬在15呢(重量)Rh在去離子水中的乙酸銠溶液中，對(duì)它們進(jìn)行涂敷。本實(shí)施例中的毛細(xì)管特征不是作為薄板中的通透特征形成的,而是機(jī)械加工在較厚的板中的特征。這樣形成的特征可以同樣有效，而且可具有除了矩形開(kāi)放通道以外的橫截面。表面特征橫截面還可具有圓角，為三角形，完全變圓等。在本實(shí)施例(ll)中，表面特征或毛細(xì)管特征的橫截面具有圓角。然后這些試件在12(TC垂直地干燥，類似于在器件中進(jìn)行處理，然后在40(TC水平焙燒。煅燒之后，對(duì)于FC，負(fù)載量為2.3毫克(1111203)/英寸2;對(duì)于包括3CFC毛細(xì)管特征的試件，負(fù)載量為5.1毫克(Rh203)/英寸2。通過(guò)SEM對(duì)兩種試件進(jìn)行表面檢測(cè)在3CFC試件上，在試件面上，從頂部至底部、從左至右的Rh分布在宏觀尺寸上是均勻的；但是在平坦試件上，在軸向或側(cè)向方向上，金屬的分布不均勻。涂層質(zhì)量觀察用15呢(重量)的Rh溶液制成的涂層中的裂紋。通過(guò)使用較低濃度的涂料溶液，可以將開(kāi)裂減至最小。獲得了用8呢的Rh溶液涂敷兩次的具有毛細(xì)管特征的試件的光學(xué)照片。涂層中的Rh負(fù)載量為8毫克(Rh203)/英寸2。未觀察到裂紋。從試驗(yàn)結(jié)果對(duì)毛細(xì)管特征進(jìn)行模型確認(rèn)對(duì)于三種毛細(xì)管特征幾何結(jié)構(gòu)，用遮蓋涂層保持模型預(yù)測(cè)用貴金屬鹽水溶液遮蓋涂敷過(guò)程中，每種涂層的液體保持情況。還通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試了這些幾何結(jié)構(gòu)各自的催化劑負(fù)載量。在模型中假定接觸角約為45度(遮蓋涂敷之前，在常規(guī)的表面穩(wěn)定的試件上測(cè)得的對(duì)8重量呢的銠溶液的近似值)。應(yīng)當(dāng)注意，在熱處理表面上，接觸角確實(shí)會(huì)稍微變化，也可認(rèn)為是毛細(xì)管特征的谷稍微不同。由于與測(cè)定值相比，每種涂層上的預(yù)測(cè)的負(fù)載量一貫很低，因此還可在假定毛細(xì)管特征完全充滿液體的情況下計(jì)算預(yù)測(cè)的負(fù)載量。在圖ll中將兩種預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。注意在圖ll中，由于實(shí)際的幾何結(jié)構(gòu)不符合遮蓋涂層保持模型中所作的假設(shè)，1CFC幾何結(jié)構(gòu)的兩種預(yù)測(cè)值都假定凹槽是被完全充滿的。驚人的是，假定毛細(xì)管特征完全被液體充滿得到的模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值更好地相符。這些結(jié)果說(shuō)明在毛細(xì)管特征的谷內(nèi)產(chǎn)生的表面上產(chǎn)生更高的接觸角。應(yīng)當(dāng)注意，氧化鋁會(huì)開(kāi)裂，表面粗糙度也可能會(huì)影響催化劑負(fù)載量。圖12顯示了Rh負(fù)載量相當(dāng)程度上取決于毛細(xì)管特征的設(shè)計(jì)。關(guān)于銠的負(fù)載量，試件根據(jù)效果的大小按照以下順序分等5CFC>3CFC>1CFC>FC，其中FC表示平坦通道(無(wú)毛細(xì)管特征)，CFC表示毛細(xì)管特征通道或表面特征通道。CFC前的數(shù)字表示以密耳或0.001英寸表示的特征的深度，即5CFC是凹陷在微通道主流通道中的5密耳或0.005英寸或125微米深的水平對(duì)齊的表面特征。實(shí)施例用于提高甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的表觀催化劑活性的單側(cè)表面在具有0.006英寸的旁流(flow-by)間隙的器件中，通過(guò)測(cè)試在每單位面積具有相同水平催化劑負(fù)載量的具有表面特征的試件和不具有表面特征(平坦)的試件，研究微通道中單側(cè)表面特征對(duì)Rh/MgO催化劑的表觀活性的影響。所述表面特征由人字形結(jié)構(gòu)形成，這些結(jié)構(gòu)的臂與通道長(zhǎng)軸中心線成45度角(SFG-0)。所述特征本身深度各自為10密耳，寬度或跨距為15密耳。人字形結(jié)構(gòu)的尖端具有半徑10密耳的圓，支段端部具有完全的圓形。表面特征的存在將可用來(lái)保留催化劑的面積增大了1.63倍。在675-850。C的溫度范圍內(nèi)，使用3:1的蒸汽甲垸比，以4.1ms進(jìn)行比較。在無(wú)特征的試件的情況下，試件的負(fù)載量為9.5毫克/英寸2(毫克活性金屬)；在包括表面特征的試件的情況下，試件的負(fù)載量為10.5毫克/英寸2(毫克活性金屬)。使用FLUENT進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)包括所述特征可以將表觀動(dòng)力學(xué)活性增大至少2.1倍。因此單側(cè)表面特征(僅在通道的一個(gè)側(cè)面上)提供的傳質(zhì)增強(qiáng)將表觀活性比僅基于增大表面積所預(yù)期的增大了約31%。試驗(yàn)試件在具有和不具有表面特征的情況下制備用于催化劑涂層的試件?？偟膩?lái)說(shuō)，所述試件的長(zhǎng)度為1.4英寸，在其總共1.323英寸的長(zhǎng)度上配置了包括在其中的表面特征。所述試件的寬度為0.215英寸，但是設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試器件，使得反應(yīng)氣體僅會(huì)在通道長(zhǎng)軸中心線任一側(cè)的表面的0.080英寸范圍內(nèi)流動(dòng)。所述試件厚0.095英寸，由lnconel617制成。所述試件包括兩個(gè)熱壁，以允許在操作過(guò)程中測(cè)量金屬的溫度。表面特征由人字形結(jié)構(gòu)形成，這些結(jié)構(gòu)的臂與通道長(zhǎng)軸中心線成45。角(SFGO)。所述特征本身各自深10密耳，寬度或開(kāi)口為15密耳。人字形的頂端是10密耳的圓形，臂的末端具有完全的圓形。平坦的試件具有0.301英寸2的面積用來(lái)施加催化劑，具有表面特征的試件可用來(lái)施加催化劑的表面積為0.435英寸2。這些面積用來(lái)計(jì)算每平方英寸負(fù)載的催化劑的量(對(duì)于平坦試件，在4毫克/英寸z的MgO上的Rh負(fù)載量為9.5毫克/英寸2，對(duì)于具有表面特征的試樣，在4.2毫克/英寸4勺MgO上的Rh負(fù)載量為10.7毫克/英寸2)。各試件與反應(yīng)氣體混合物接觸的面積為無(wú)特征的試件0.212英寸2，具有表面特征的試件0.346英寸2。在施加催化劑之前，對(duì)試件施加估計(jì)厚10-20微米的鋁化鎳(nickelaluminide)涂層，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理，以制得薄的附著的氧化鋁外皮。試驗(yàn)-催化劑通過(guò)用移液管將12重量免的Mg(N03)2催化劑滴在試件上，對(duì)具有表面特征的試件施涂催化劑。涂敷后的試件在10()0C干燥1小時(shí)。遮蓋涂敷法再重復(fù)一次。然后試件在1000'C的空氣中煅燒4小時(shí)。MgO負(fù)載量為4.2毫克/英寸2。接下來(lái)，將10重量％的乙酸六(乙酸根)-H-氧代三(水合)三銠(ni)溶液滴在試件上。該試件在10()GC干燥，然后在45(^C焙燒1小時(shí)。重復(fù)該涂敷過(guò)程，以得到10.7毫克/英寸4勺R(shí)h負(fù)載量。以35。C/分鐘的加熱速率，在流動(dòng)的H2中，將所述平坦的試件(沒(méi)有表面特征)加熱至1050。C。在105(TC下用Ar吹掃l小時(shí)之后，將氣體變?yōu)?1%的02/八1~。在繼續(xù)通CVAr的條件下，對(duì)該試件熱處理10小時(shí)，然后冷卻至室溫。在熱處理之后，在表面上產(chǎn)生了a-Al203外皮。通過(guò)用移液管將12重量9&的Mg(N03)2催化劑溶液滴在平坦試件上，將催化劑施涂在該平坦試件上。涂敷后的試件在100GC干燥1小時(shí)。遮蓋涂敷過(guò)程重復(fù)進(jìn)行1次。然后該試件在空氣中，在1000'C焙燒4小時(shí)。MgO負(fù)載量為3.7毫克/英寸2。接下來(lái)將10重量％的乙酸六(乙酸根)卞-氧代三(水合)三銠(111)溶液滴在試件上。該試件在10(^C干燥，然后在45(^C焙燒1小時(shí)。重復(fù)該涂敷過(guò)程，以得到9.4毫克/英寸、勺R(shí)h負(fù)載量。制備之后，平坦試件包含位于4毫克/英寸z的MgO上的9.5毫克/英寸"的Rh，具有表面特征的試件具有位于4.2毫克/英寸z的MgO上的10.7毫克/英寸z的Rh?？瞻自嚰惨灶愃朴诤呋瘎┑脑嚰姆绞降玫搅搜趸X薄層，但是不含催化劑。試驗(yàn)-條件將一種涂覆了催化劑的試件安裝在微通道測(cè)試器件中，這意味著對(duì)于每次測(cè)試，表面特征和催化劑僅存在于主通道的一個(gè)壁上。一旦將完成的器件安裝在測(cè)試基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中之后，通過(guò)在常壓、45(TC的條件下，使催化劑與50sccm的氫氣和450sccm的氮?dú)饨佑|2小時(shí)，對(duì)催化劑進(jìn)行還原。測(cè)試在675，750,800和850°(:下進(jìn)行。甲垸的流速為150sccm，蒸汽的流速為450sccm(蒸汽與碳的比例為3:1)。結(jié)果-試驗(yàn)和模擬在平坦試件和具有表面特征的試件上進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果可參見(jiàn)表l，表中還顯示了用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)包FluentTM進(jìn)行的反應(yīng)模擬的結(jié)果。對(duì)于平坦試件，在673-852'C的溫度下，用九種樣品進(jìn)行了大約53小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試。對(duì)于具有表面特征的試件，在671-865'C的溫度下，用樣品進(jìn)行了約52小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試。使用一組無(wú)特征的(平坦的)試件對(duì)系統(tǒng)的背景活性進(jìn)行了測(cè)試。未進(jìn)行還原步驟。注意到在低于800。C(670，700,718)的條件下，無(wú)甲垸轉(zhuǎn)化。發(fā)現(xiàn)在800QC，甲垸的轉(zhuǎn)化率約為4%，在90()GC，甲烷的轉(zhuǎn)化率約為22%。通過(guò)構(gòu)建表示同時(shí)具有外表面特征的通道的計(jì)算區(qū)域，也就是說(shuō)，寬0.160"X高0.006"X長(zhǎng)1.70"的流體區(qū)域以及包括如上所述設(shè)置在1.7"的總長(zhǎng)度上的1.32"的長(zhǎng)度上的表面特征的類似的區(qū)域，進(jìn)行FluentTM模擬。該區(qū)域的反應(yīng)部分長(zhǎng)1.4",在進(jìn)口和出口允許為0.15"，以產(chǎn)生流動(dòng)。在模型的反應(yīng)部分中，SMR活性以基于表面的速率的形式應(yīng)用，允許水煤氣輪換反應(yīng)以體積速率進(jìn)行，使得該反應(yīng)的氣體組成處于局部平衡，對(duì)于SMR活性的情況，僅對(duì)應(yīng)于試件上的表面的表面設(shè)為具有催化活性。模擬使用試驗(yàn)中測(cè)得的氣體進(jìn)口溫度、流速和出口壓力。還應(yīng)用了與試件溫度相等的等溫邊界條件。使用169kJ/mol的活化能和預(yù)定的速率形式測(cè)定第一動(dòng)力學(xué)水平(levd)，其中轉(zhuǎn)化的速率與甲垸分壓的1.6次冪(power)成正比，調(diào)節(jié)指前因子值(速率常數(shù))，直至無(wú)特征的試件的試驗(yàn)結(jié)果和CFD模型的預(yù)測(cè)值之間獲得合理的匹配。這指前因子值設(shè)為動(dòng)力學(xué)水平l。使用所述具有表面特征的試件進(jìn)行相同的步驟，收集數(shù)據(jù)，建立第二動(dòng)力學(xué)水平(level)。發(fā)現(xiàn)第二水平為第一水平的值的2.1倍。表l平坦試件和具有特征的試件的試驗(yàn)結(jié)果和模擬預(yù)測(cè)值<table>tableseeoriginaldocumentpage72</column></row><table>這些結(jié)果顯示，使用表面特征還可減少在化學(xué)反應(yīng)中存在的外部傳質(zhì)阻力。催化劑如果設(shè)置在平坦的壁上，其活性至少應(yīng)該是設(shè)置在具有表面特征的壁上的活性的兩倍。該結(jié)果部分是由于表面積的增大(約60%)，部分是由于外部傳質(zhì)阻力減小，后者是由于消除了層狀拋物線流體分布曲線和引起對(duì)流、使反應(yīng)物從總體流動(dòng)路徑向涂敷了催化劑的壁流動(dòng)而造成的。實(shí)施例14-用于提高甲垸和一氧化碳的燃料稀燃的兩側(cè)表面特征鉑銠催化劑以漿液的形式施涂在兩種試件上，一種試件具有表面特征，另一種試件不具有表面特征，對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試，以測(cè)定通過(guò)添加表面特征在CO和甲垸的燃料稀燃(過(guò)量氧氣)中產(chǎn)生的提高。結(jié)果說(shuō)明在具有表面特征的試件上獲得了更高的CO和甲垸的轉(zhuǎn)化率。在具有表面特征的試件上觀察到的壓降增大(1.5-1.8倍)說(shuō)明表面特征影響了流場(chǎng)。盡管兩種試件都經(jīng)歷了失活，但是具有表面特征的試件在測(cè)試的操作時(shí)間過(guò)程中獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化率。對(duì)于平坦的試件和具有表面特征的試件，甲垸的轉(zhuǎn)化率看來(lái)都受反應(yīng)速率限制，但是co看來(lái)受傳質(zhì)限制。對(duì)于CO燃燒的情況，包括表面特征使初始出口CO減小到l/15(相對(duì)于可用于催化的表面積增大的2.2倍)。該時(shí)間內(nèi)燃燒之后的CO燃燒平均提高4.1倍。這種活性的升高超過(guò)了預(yù)期的基于表面積的影響，可以由于表面特征(并且在表面特征處使接近催化表面的反應(yīng)物質(zhì)的濃度最大)以及使任意流體彎曲沿更長(zhǎng)的路徑通過(guò)反應(yīng)器(比嚴(yán)格的層流情況中出現(xiàn)的更長(zhǎng))，從而延長(zhǎng)有效停留時(shí)間而造成的流線混合所致。所述具有表面特征的試件的表面積約為平坦試件表面積的2.2倍，在施涂催化劑以達(dá)到類似的負(fù)載率(質(zhì)量/單位面積)時(shí)，可以預(yù)期能夠觀察到類似這種大小的效果，但是具有表面特征的試件上的CO減少說(shuō)明反應(yīng)速率平均比平坦的或無(wú)特征的試件大4.1倍。因此，對(duì)于CO燃燒，相比平坦的試件，表面特征可提供遠(yuǎn)超過(guò)通過(guò)增加催化劑的量所預(yù)期的反應(yīng)速率提高。這種提高很大程度上是由于特征引起的流體混合造成的。這種混合在催化劑覆蓋的表面附近保持高反應(yīng)物質(zhì)濃度。除了這種混合作用以外，流體組成部分在該反應(yīng)器中流過(guò)的路徑會(huì)比在層流反應(yīng)器中流過(guò)的路徑長(zhǎng)。對(duì)于任意特定的流體組成部分，這可以延長(zhǎng)平均停留時(shí)間。實(shí)施例15-用來(lái)增強(qiáng)混合和傳熱的"看穿"表面特征"看穿"表面特征是連續(xù)穿透壁的任意形狀的表面特征，使得相鄰的通道相連(即所述表面通道將總體流動(dòng)通道與相鄰的空間或通道相連)?？梢允苟鄠€(gè)看穿特征在相互的頂部對(duì)齊，以增大表面特征的深度。即使在特征底部沒(méi)有實(shí)心表面時(shí)，它們?nèi)匀豢梢杂脕?lái)在流體與相鄰?fù)ǖ纼?nèi)的流體相剪切時(shí)，使主通道的流體轉(zhuǎn)向。在需要較大間隙的單側(cè)混合的情況，"看穿"特征是特別有效的。73在第二種應(yīng)用中，可以用特征來(lái)攪拌需要在懸浮體中保持固體的不可壓縮流體。所述"看穿"特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，特別是當(dāng)通道垂直設(shè)置時(shí)，懸浮的顆粒不會(huì)在特征的"底部"聚集，但是當(dāng)顆粒松開(kāi)時(shí)，它們落回到使其重新懸浮的流線中。在另一種應(yīng)用中，固體顆粒懸浮在可壓縮流體中，通過(guò)"看穿"特征保持在懸浮液中，在另一種應(yīng)用中，液滴懸浮在可壓縮流體中，保持在懸浮體中。用兩種不混溶的(或部分不混溶的流體)可以得到類似的效果。在第三種應(yīng)用中，可將催化劑保持在表面特征中，由于允許反應(yīng)物和產(chǎn)物從兩個(gè)側(cè)面擴(kuò)散入涂層中(而不是像袋型表面特征中的涂層那樣，僅從一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散)，提高了涂層的效率。在第四種應(yīng)用中，兩種不混溶的流體在包括看穿特征的壁的任一側(cè)面上流動(dòng)，例如被水飽和的空氣或被空氣飽和的水，在特征的任一側(cè)面上同向流動(dòng)。通過(guò)所述特征使空氣流混合，將懸浮在空氣流中的顆粒引入所述特征，使其與水接觸。然后所述顆粒變成懸浮在水中，從氣相中洗滌出來(lái)?；蛘撸瑲怏w和液體(或液體和液體)可以不是飽和的，在邊界接觸導(dǎo)致產(chǎn)生飽和的物流。這種看穿特征也可用于液體-液體接觸，例如可進(jìn)行液-液萃取。實(shí)施例17通過(guò)在大間隙(0.047")主通道中進(jìn)行甲烷燃燒的CFD模擬，評(píng)價(jià)不同的表面特征幾何結(jié)構(gòu)和取向的影響，操作在高速O80米/秒)下進(jìn)行，以減少排放物，或者在出口處將氮?dú)庵械难鯕夂图综南』旌衔镛D(zhuǎn)化為極低含量的甲垸。進(jìn)行了分析，在64毫米長(zhǎng)的排氣反應(yīng)器區(qū)(在該長(zhǎng)度的55毫米之上具有表面特征)、87(TC的恒定壁溫，進(jìn)口5700ppm甲垸的條件下比較以下不同情況的甲烷燃燒結(jié)果直通道(無(wú)表面特征)，SFG-O-順式-A-60。(在兩個(gè)相對(duì)壁上的表面特征通過(guò)中心面以鏡像對(duì)準(zhǔn)，相對(duì)于進(jìn)口面以60。取向(90。是平行于凈流動(dòng)方向))，SFG-O-順式-B-75。和SFG-5.1-順式-B-60。。所述SFG-5.1幾何結(jié)構(gòu)是相同取向、連續(xù)重復(fù)"對(duì)號(hào)"表面特征的SFG-5幾何結(jié)構(gòu)。對(duì)于這些幾何結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)，使用0.38毫米的特征跨距和特征間距，以及0.51毫米的特征深度。在各個(gè)相對(duì)的壁上，各表面特征跨越了4.1毫米的整個(gè)主通道寬度。SFG-0-順式-A-60。具有最低的出口甲烷ppm(262ppm)，其次是SFG-5順式-B-60°(529ppm)，SFG-0-順式-B-75。(545ppm)和直通道(2844ppm)。<table>tableseeoriginaldocumentpage75</column></row><table>表對(duì)于5700ppm進(jìn)口甲烷燃燒情況的列表結(jié)果甲烷的濃度首先在所述反應(yīng)器的最初十分之幾英寸內(nèi)直線下降，然后沿著所述反應(yīng)器長(zhǎng)度的0.3-0.4英寸，減少量明顯變少。在此區(qū)域內(nèi)，表面特征產(chǎn)生的流場(chǎng)仍未處于穩(wěn)態(tài)，在反應(yīng)器內(nèi)開(kāi)始混合。沿著主通道長(zhǎng)度約0.4英寸之后，總體流動(dòng)開(kāi)始在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生良好的混合或旋轉(zhuǎn)，甲垸排放物又以相當(dāng)陡的斜率下降。該流動(dòng)不是層流，而是在所有的方向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，使得新的物質(zhì)通過(guò)平流而非擴(kuò)散引入中心線，從而造成中心線濃度的變化。約2英寸之后，隨著甲烷的總轉(zhuǎn)化率達(dá)到高水平，中心線濃度開(kāi)始變得更均勻。2.3英寸之后(表面特征終止之處)中心線濃度非常低，因此表面特征通道對(duì)該高傳質(zhì)限制的問(wèn)題表現(xiàn)出極佳的轉(zhuǎn)化效率。0.3英寸的進(jìn)口長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于進(jìn)入所述總體流動(dòng)路徑內(nèi)約10個(gè)表面特征。約10個(gè)特征的進(jìn)口長(zhǎng)度小于進(jìn)入微通道內(nèi)超過(guò)10個(gè)水力直徑長(zhǎng)度的平坦微通道的進(jìn)口長(zhǎng)度。對(duì)于間隙=1.19毫米的情況，水力直徑超過(guò)1.2毫米，因此需要反應(yīng)器總長(zhǎng)度中超過(guò)1.2厘米的長(zhǎng)度來(lái)完全產(chǎn)生層流場(chǎng)。與之相反，表面特征通道在0.8厘米處就接近完全產(chǎn)生流動(dòng)，這部分是由于表面特征的尺寸(表面特征之間的間隙和跨距為0.015英寸)小于0.047英寸的微通道間隙。預(yù)期相對(duì)于平坦或平滑通道使用能夠產(chǎn)生良好混合的表面特征，可以獲得較短的進(jìn)口長(zhǎng)度的效果。在加快的流速O50米/秒)下，SFG-0-順式-A-45。特征顯示出在表面特征內(nèi)的流體循環(huán)。SFG-O-順式-A人字形結(jié)構(gòu)的傾斜角從45。增大到60。和75。。結(jié)果顯示兩個(gè)重要的情況對(duì)于較高流速的情況，角度對(duì)混合有很大的影響，當(dāng)表面特征的角度從60。增大到75°，順式-B取向變得比順式-A取向略微有利。在60°角的順式-A取向情況下觀察到了最佳的反應(yīng)性能。所述最佳反應(yīng)性能情況還具有最高的壓降，這是由于從主通道向活性表面特征的流體運(yùn)動(dòng)增加。實(shí)施例18-停留時(shí)間分布比較停留時(shí)間分布(RTD)是設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)器時(shí)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。在大多數(shù)操作條件下，微通道反應(yīng)器中的流動(dòng)是層流。在無(wú)特征的微通道反應(yīng)器中，反應(yīng)器壁附近的流體難以被推離反應(yīng)器。這有可能會(huì)造成產(chǎn)物選擇性很差，使得放熱反應(yīng)產(chǎn)生熱點(diǎn)。為了改進(jìn)層流反應(yīng)器的RTD，將表面特征結(jié)合入通道壁中可以在不需要外界輸入能量的情況下將進(jìn)入反應(yīng)器的總體物流分為許多股亞流。相對(duì)壁上表面特征的相反取向會(huì)將流體保持更久。在所有的情況下，使用表面特征使得流動(dòng)分布曲線接近活塞流，從而得到窄得多的停留時(shí)間分布。本研究中選擇的特征是45。角的SFG-0。在本實(shí)施例中，順式-A取向得到最多的流體旋轉(zhuǎn)，流體分布曲線為最陡，因此最接近真正的活塞流。在第二種比較中，進(jìn)行瞬時(shí)RTD評(píng)價(jià)來(lái)比較以下二者中的RTD:平坦微通道(1.02毫米X4.1毫米，無(wú)表面特征)；具有深0.25毫米的凹陷傾斜凹槽(圖案SFG-l)的相同的主通道。具有表面特征的通道的流體動(dòng)力學(xué)更接近活塞流。管內(nèi)層流的RTD表現(xiàn)出典型的Taylor-Aris分散，這是由于在中心線的快速流動(dòng)(平均值的1.5倍)和無(wú)滑動(dòng)邊界附近的緩慢流動(dòng)造成的。矩形微通道具有兩個(gè)無(wú)滑動(dòng)邊界條件的軸點(diǎn)(側(cè)向和橫向)。所得的拋物線型流動(dòng)分布曲線在)c方向和y方向都給出速度梯度。所得的2維梯度在直通道RTD中產(chǎn)生多種斜率。實(shí)施例19具有表面特征的微通道中的渦量渦量渦量(co)是流動(dòng)的局部矢量分量或旋度，是V矢量和速度矢量U的矢量積。▽XU該矢量的大小與流體的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度成正比，因此是對(duì)混合程度進(jìn)行量化的工具。其結(jié)果是渦量矢量依照與流體自身的運(yùn)動(dòng)成鏡像的方式運(yùn)動(dòng)。如果流體是拉伸的，則渦量沿著拉伸軸增強(qiáng)；如果流體傾斜，則渦量矢量與其一起傾斜;粘度作用于渦量完全象其作用于速度。用來(lái)完全形成層流的渦量理論上為O，因此一旦該層流完全形成，相應(yīng)的平坦通道微通道具有O渦量。對(duì)于進(jìn)行渦量比較的具有表面特征的微通道中的蒸汽甲垸轉(zhuǎn)化CFD模擬，使用以下條件。-0.0125"(0.32毫米)主通道間隙-2.5"(63.5毫米)長(zhǎng)-0.160"(4.1毫米)寬的主通道-表面特征跨距為0.015"(0.38毫米)，深0.010"(0.25毫米)，間隔0，015"(0.38毫米)-10米/秒的進(jìn)口流速-350psig(25.1巴)出口-3份蒸汽:1份甲烷-雷諾數(shù)約為1450，正好位于層流區(qū)內(nèi)評(píng)價(jià)的幾何結(jié)構(gòu)為(所有的幾何結(jié)構(gòu)的角度都為45。，SFG-4幾何結(jié)構(gòu)除外，其角度為22.5°):SFG-OF-順式-A(具有Fanelli的SFG-0)SFG-O-順式Cis-ASFG-O-順式-BSFG-OF-反式SFG-4-反式使用FLUENTCFD計(jì)算機(jī)編碼，完成全通道體積(包括開(kāi)放通道和表面特征體積)的體積平均總渦量大小的計(jì)算。下表顯示了渦量結(jié)果和物流的定性混合結(jié)果。通道中渦量較高與改進(jìn)混合定性地相關(guān)。特定表面特征的混合程度很好地與主通道渦量或表面特征體積渦量相關(guān)。渦量是局部速度的函數(shù)，因此密度和速度可改變其總值。沿通道而下橫跨1.875"橫截面的橫截面的SFG-0-順式-A流體渦量的大小顯示出在主通道角落的高的渦量。角落處三個(gè)表面之間的相互作用和通道流動(dòng)有助于在表面特征內(nèi)和主通道表面內(nèi)產(chǎn)生混合。表面特征兒何結(jié)構(gòu)體積平均渦里定性混合結(jié)果SFG-OF-順式-A77841兩個(gè)漩渦，觀察到跨越寬度中心線泡合二次，通過(guò)表面特征然后離開(kāi)-良好混合SFG-O-順式-A75830兩個(gè)漩渦，觀察到跨越寬度中心線軌跡線混合二次，通過(guò)表面特征然后離開(kāi)-良好混合SFG-O-順式-B74525兩個(gè)漩渦，跨越寬度中心線軌跡線進(jìn)入表面特征中心，發(fā)生循環(huán)而不離開(kāi)表面特征SFG-OF-反式72468兩個(gè)漩渦，跨越寬度中心線軌跡線觀察到一些混合，但是各漩渦的中心混合不多SFG-4-反式71628整個(gè)通道的流體旋轉(zhuǎn)，但是流體的中心不進(jìn)入表面特征表幾何結(jié)構(gòu)和體積平均渦量以及定性混合結(jié)果渦量矢量的大小為100(hz)至大于628，000hz。該種情況的平均體均渦量超過(guò)70，000hz。這種驚人的高渦量反映出表面特征產(chǎn)生的極佳的混合程度。應(yīng)注意僅僅渦量不足以認(rèn)為單元操作具有活性表面特征的性能。圖案SFG4(反式)具有較高的渦量，盡管不如SFGO那樣高，但是其不能提供極佳的性能。中心線流體分子不會(huì)進(jìn)入活性表面特征區(qū)域至少l次。對(duì)在湍流狀態(tài)下操作的平坦通道進(jìn)行比較。所述平坦或平滑的通道采取相同的幾何結(jié)構(gòu)-0.0125"(0.32毫米)主通道間隙-2.5"(63.5毫米)長(zhǎng)-0.160"(4.1毫米)主通道寬度-表面特征跨距為0.015"(0.38毫米)，深0.010"(0.25毫米)，間隔0.015"(0.38毫米)-30米/秒進(jìn)口流速(或上述情況流速的三倍)畫(huà)350psig(25.1巴)出口-3份蒸汽:1份甲垸-雷諾數(shù)約4360，正好位于層流區(qū)內(nèi)較低雷諾數(shù)下表面特征通道中的峰渦量驚人地高于在高得多的雷諾數(shù)下(4360)平坦通道中的情況。對(duì)于三倍流速，壁附近的峰渦量為551000hz，而雷諾數(shù)為1450時(shí)的表面特征通道的渦量為628000hz。另外，在表面特征通道中渦量增大貫穿總體流動(dòng)路徑要比在三倍流速或三倍雷諾數(shù)下操作的平坦微通道中的多。平坦通道將最大的渦量局限于壁附近，而不會(huì)在總體流動(dòng)通道中產(chǎn)生更多的流體旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)。通過(guò)Fluent在上述條件下計(jì)算，在4360的雷諾數(shù)下操作的平坦通道的壓降為0.47psig，相應(yīng)的在1450的雷諾數(shù)下操作的平坦通道的壓降是0.2psig。對(duì)通過(guò)具有表面特征的微通道內(nèi)的壓降進(jìn)行了模擬，測(cè)得雷諾數(shù)接近1500的壓降為平坦通道的二倍，約為0.4psig。凈結(jié)果是通過(guò)使用活性表面特征在較低雷諾數(shù)下混合程度要比通過(guò)將相同的通道引入湍流狀態(tài)的混合程度高，而前者的凈壓降則比后者低。實(shí)施例傳熱制造測(cè)試器件來(lái)證明使用具有表面特征的通道提高傳熱。器件的主體包括狹縫，使得兩個(gè)試件插入狹縫中，插入的試件之間的間隙形成用于流體流入的微通道。該器件的主體由12.7毫米直徑的棒和用于試件的開(kāi)口構(gòu)成，器件主體中制造的狹縫的一部分是5.59毫米X2.54毫米，位于距棒的橫截面中心0.64毫米的位置。當(dāng)將試件插入開(kāi)口時(shí)，形成標(biāo)稱間隙1.27毫米的微通道。所述微通道的寬度為4.06毫米。主體的總長(zhǎng)度為88.39毫米。熱電偶管置于距器件主體各端25.4毫米的位置。熱電偶管深3.81毫米，直徑為0.89毫米?？傮w來(lái)說(shuō)，平滑壁和表面特征試件的長(zhǎng)度均為88.39毫米。對(duì)于表面特征試件，表面特征的總長(zhǎng)度為86.36毫米。試件的寬度為5.46毫米。試件的厚度為2.41毫米，用Inconel617制造。圖13中顯示了具有包括表面特征的試件的反應(yīng)器。所述表面特征是"V"形結(jié)構(gòu)，其臂成75。角(90。角表示基本與主流方向平行，0°角表示對(duì)主流動(dòng)路徑基本為橫向)。所述特征本身各自的深度為0.51毫米，寬度或開(kāi)口為0.38毫米。表面特征的頂點(diǎn)是0.20毫米的圓形，臂末端具有完整的圓。各表面特征之間的間距為0.38毫米。在加熱器中將氮?dú)饧訜嶂了璧臏囟?，然后使其進(jìn)入所述器件。該器件保持在恒溫浴中。氮?dú)鈴钠骷牧硪欢穗x開(kāi)，進(jìn)入環(huán)境。流動(dòng)環(huán)路中所有的接頭都使用不銹鋼接頭套管配件和管子。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，恒溫水浴連續(xù)循環(huán)，以保持均勻的溫度。兩個(gè)熱電偶也設(shè)置在首創(chuàng)的片狀器件(pioneerpellet)表面上，各自與片狀器件端部相距3.25"。將熱電偶設(shè)置在與片狀器件表面相距約6.3毫米的位置，以測(cè)定水溫。對(duì)進(jìn)入器件的氣體進(jìn)行預(yù)熱。在全部的時(shí)間，該器件保持浸沒(méi)在水下，以保持溫度。在試件和主體之間使用WatlowWatlube，這是一種熱導(dǎo)性漿液。在各種流速和進(jìn)口溫度下進(jìn)行試驗(yàn)。下面列出了用于不同熱電偶和壓力傳感器的術(shù)語(yǔ)TC1:進(jìn)入器件之前3.2毫米處的平均氣體進(jìn)口溫度，0CTC2:熱電偶孔內(nèi)(器件進(jìn)口附近)熱電偶的平均溫度，。CTC3:熱電偶孔內(nèi)(器件出口附近)熱電偶的平均溫度，。CTC4:離開(kāi)器件之后3.2毫米處的平均氣體進(jìn)口溫度/CTC5:平均水浴溫度^CPT1:平均進(jìn)口壓力，kPaPT2:平均出口壓力，kPa對(duì)表面特征通道測(cè)試規(guī)定了兩種取向。取向l規(guī)定為這時(shí)流體運(yùn)動(dòng)方向?yàn)楸砻嫣卣黜旤c(diǎn)所指的方向。取向2規(guī)定為這時(shí)流體運(yùn)動(dòng)方向與表面特征頂點(diǎn)所指的方向相反。兩種取向的表面特征幾何結(jié)構(gòu)和平坦通道幾何結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果列于下表表<table>tableseeoriginaldocumentpage80</column></row><table>使用所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)(溫度和壓力)及通道幾何結(jié)構(gòu)確定通道內(nèi)的傳熱系數(shù)。所有的計(jì)算都基于平坦的通道表面區(qū)域。平坦通道傳熱表面積約為6.43厘米2，而具有表面特征的通道的傳熱表面積為19.41厘米2。由于表面特征造成的傳熱表面積的增大是平坦通道傳熱表面積的2.06倍。還基于文獻(xiàn)中的相互關(guān)系預(yù)測(cè)了平坦通道的傳熱系數(shù)和壓降。下表給出由具有表面特征的通道和不具有表面特征的通道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的傳熱系數(shù)和壓降的估算值。還給出了平坦通道的預(yù)測(cè)值。表由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的傳熱系數(shù)和壓降估算值，平坦通道的傳熱系數(shù)和壓降的預(yù)測(cè)值。試驗(yàn)器件種類雷諾數(shù)總Q(W)LMTD('C)HTC(W/米2/K)DP(千帕)162812.549.6267.41.2取向1-SF方310030.678.5413.25.0向沿流動(dòng)方471461.9117.9557.010.7向609483.6138.9638.418.77465104.0154.5713.928.510966.529.5232.60.5取向2-SF方向不同T流動(dòng)方向1618306313.132.455.586.6249.9397.21.14.8468361.4122.8530.712.4603483.2144.9609.122.08377117.8172.8723.241.410614.563.575.00.35538.391.895.50.7294522.1121.2193.22.8平坦通道無(wú)450645.1157.2304.07.2表面特征583561.3177.8365.912.6660531.998.6343.711.0714175.8193.0416.619.0811786.8206.4446.13.51表中(^=估算的總傳熱，wLMTD^平均溫差的對(duì)數(shù)/CHTC一古算的傳熱系數(shù)，W/m2/KDP二試驗(yàn)壓降，kPa下表顯示，在表面特征通道中傳熱系數(shù)提高和壓降增大。表相比平滑壁通道，在表面特征通道中的傳熱系數(shù)提高和壓降增大雷諾數(shù)HTC提高DP增火15912.801.80取向1-SF方30232.141.83向沿流動(dòng)方4610.831.49向59651.741.4873031.711.5010793.101.75取向2-SF方15862.621.60向不同T流300445952.061.751.751.73動(dòng)方向59351.661.7482471.6211.79表中HTC二估算的傳熱系數(shù)，W/m2/KDP二試驗(yàn)壓降，kPa圖14顯示了傳熱提高與壓降增大之比隨雷諾數(shù)而變化。當(dāng)該比例大于l時(shí)，說(shuō)明傳熱提高大于壓降增大。81實(shí)施例雷諾數(shù)對(duì)使用表面特征進(jìn)行大通道間隙混合效果的影響使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)編碼FluentVersion6.2.16對(duì)具有60°角的人字形表面特征SFG-O-順式-A設(shè)計(jì)的0.119厘米(0.047")高的間隙通道進(jìn)行檢測(cè)。通道的尺寸如下間隙為0.119厘米，寬度為0.406厘米(0.160")，長(zhǎng)度為6.35厘米(2.5")。所述人字形結(jié)構(gòu)進(jìn)入壁的深度為0.051厘米(0.020")，寬度為0.O38厘米(0.015"),法線到法線(normaltonormal)的人字形結(jié)構(gòu)的間距為0.038厘米(0.015")。該圖案為順式-A，在通道間隙的兩個(gè)側(cè)面上具有相同的圖案。所述人字形結(jié)構(gòu)的中心在所述通道寬度的中間，所述人字形結(jié)構(gòu)從中心延伸到任一側(cè)上的壁0.203厘米(0.080")，在通道寬度中線到壁之間，與流動(dòng)方向相反，呈60。角。換句話說(shuō)，所述人字形結(jié)構(gòu)對(duì)稱線上的點(diǎn)與流動(dòng)方向?qū)R。一共有33個(gè)連續(xù)的表面特征，在特征起始之前的上游形成長(zhǎng)度為0.406厘米(0.160")，從最后一個(gè)人字形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)開(kāi)始的下游長(zhǎng)度為0.584厘米(0.230")。該模型使用此種幾何結(jié)構(gòu)提供的對(duì)稱面由順式排列產(chǎn)生的在通道間隙中心的將該通道二等分的水平寬度對(duì)稱面，中心的人字形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的在通道寬度的中心將通道二等分的垂直間隙對(duì)稱面。這些對(duì)稱線可供通道四等分對(duì)稱模型之用。本段列出了FluentVersion6.2.16模型的條件。在此四等分對(duì)稱模型中一共使用127，000個(gè)節(jié)點(diǎn)。通道的出口靜態(tài)壓力為125.42kPa(18.19psia)。設(shè)計(jì)點(diǎn)流速為4.975E-05千克/秒，使用以下進(jìn)口物流質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧氣含量0.03240，二氧化碳含量0.31482，甲烷含量0.00263，蒸汽含量0.09184，余量為氮?dú)?，假定這些物質(zhì)在進(jìn)口良好混合。對(duì)于我們觀察的三種情況，流速為設(shè)計(jì)點(diǎn)流速的100%，50%和10%。進(jìn)口物流和所有壁溫度都固定在870'e(1598。F)。該系統(tǒng)使用粘性層流模型，對(duì)密度和熱容使用理想氣體定律，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)和粘度使用質(zhì)量加權(quán)的平均混合定律，將動(dòng)力學(xué)理論二元擴(kuò)散系數(shù)與全多組分?jǐn)U散公式相結(jié)合。對(duì)于甲垸燃燒，反應(yīng)器利用表面速率反應(yīng)，但是該速率與作為流體混合的分析無(wú)關(guān)，因?yàn)橛糜谌紵目偧淄榱魉俸苄。也粦?yīng)極大地改變流動(dòng)軌跡線中物流的溫度或組成，進(jìn)口和出口的質(zhì)量加權(quán)動(dòng)力學(xué)粘度分別為4.44E-05kg/m/s和4.43E-05kg/m/s。模型的結(jié)果列于表ZZ，顯示了通道的進(jìn)口流動(dòng)參數(shù)以及全流量百分?jǐn)?shù)為100%到50%到10%時(shí)的混合結(jié)果。壓力設(shè)定在141.2千帕?xí)r，基于間隙的皮克里特?cái)?shù)是基于進(jìn)口速度、通道間隙，而不是基于主通道(僅使用的尺寸是間隙和高度)的水力直徑以及進(jìn)口組成和溫度下的甲烷擴(kuò)散系數(shù)。所述雷諾數(shù)計(jì)算是基于4倍模型輸入質(zhì)量流速、主通道水力直徑和4.44E-05kg/m/s的進(jìn)口動(dòng)態(tài)粘度。至少一次通過(guò)表面特征的軌跡線百分?jǐn)?shù)計(jì)算是基于CFD粒子軌跡線分析，其中無(wú)重量的粒子從進(jìn)口面和垂直間隙對(duì)稱面(6條軌跡線)或水平寬度對(duì)稱面(23條軌跡線)作出的線釋放出來(lái)。<table>tableseeoriginaldocumentpage83</column></row><table>表ZZ.在減小質(zhì)量流速的條件下CSF-O-順式-A60。表面特征的列表的模型結(jié)果。對(duì)于10%和50%流量的情況，在連續(xù)設(shè)置的33個(gè)特征上未觀察到了完全混表ZZ中的結(jié)果說(shuō)明，具有60。人字形結(jié)構(gòu)的CSF-0-順式-A表面特征的設(shè)計(jì)點(diǎn)流速能夠有效地混合物流，迫使所有的進(jìn)入物流軌跡線通過(guò)至少一個(gè)表面特征。使用較低的流速和相同的表面特征以及通道兒何結(jié)構(gòu)，觀察到通過(guò)特征的軌跡線少得多。所述10%和50%的全流速的情況中，使得物流通過(guò)這些有較傾斜的角的表面特征的推動(dòng)力就小于較高流速的情況。所述順式A取向使全流速可利用(鄰接實(shí)心壁形成的)角落處較低的速度，使得這些角落部分能通入表面特征給出的另外的區(qū)域。所述60。的角則允許從表面特征離開(kāi)的流體離開(kāi)表面特征，進(jìn)入主通道流內(nèi)流動(dòng)，此時(shí)所述流體的動(dòng)量比如果角度為45。時(shí)的動(dòng)量更加與流動(dòng)方向一致。當(dāng)物流離開(kāi)表面特征時(shí)，其具有沿流動(dòng)方向的流體動(dòng)量矢量，而且還具有垂直方向的流體動(dòng)量矢量，后者會(huì)造成在總體流動(dòng)中發(fā)生混合。如果流速?gòu)娜魉僦颠M(jìn)一步增大，則需要增大傾斜角以產(chǎn)生混合，例如將傾斜角增大到等于或大于75。。該結(jié)果說(shuō)明通過(guò)具有表面特征的通道的流速影響了通道內(nèi)的混合，最佳的表面特征角度取決于通道尺寸和設(shè)計(jì)的流速。實(shí)施例在不同雷諾數(shù)下，粒子在表面特征中所花費(fèi)的時(shí)間與在主通道中所花費(fèi)的時(shí)間的比較研究了一種情況，以估算比較在不同雷諾數(shù)下，粒子在表面特征內(nèi)所花費(fèi)的時(shí)間與在主通道內(nèi)(表面特征外)所花費(fèi)的時(shí)間。使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)工具進(jìn)行該研究，所用的研究工具是FluentV6丄22。通道尺寸和表面特征的詳圖見(jiàn)于圖3b(SFG-1)，在上述實(shí)施例中進(jìn)行過(guò)描述。從進(jìn)口的位置，通道的最初3.81毫米的區(qū)在任意的壁上都沒(méi)有任何表面特征。該通道橫截面是矩形，通道的寬度和間隙為4.57毫米和1.02毫米。接下來(lái)的27，94毫米長(zhǎng)度包括位于寬度為4.57毫米的壁上的表面特征，將該區(qū)域稱為"表面特征區(qū)"。該區(qū)內(nèi)主通道的間隙與進(jìn)口區(qū)相同，為1.02毫米。最后5.08毫米的長(zhǎng)度是出口區(qū)，在任意的壁上都沒(méi)有任何表面特征。用于CFD模型的網(wǎng)是使用GambitV2.2.30構(gòu)建的。該模型的構(gòu)建方式使得通道的間隙(1.02毫米的尺寸)沿X方向，通道的長(zhǎng)度(36.83毫米尺寸)沿Y方向，通道的寬度(4.06毫米尺寸)沿Z方向。模型的X-坐標(biāo)從(1.53毫米，0，O)變化到(2.95毫米，0，0)。模型的Y-坐標(biāo)從(O，0，O)變化到(O，36.83毫米，0)。模型的Z-坐標(biāo)從(O，0，-4.57毫米)變化到(0，0，0)。圖4示了X，Y和Z方向及其坐標(biāo)。計(jì)算流體分析的網(wǎng)在Gambit中產(chǎn)生。總網(wǎng)格數(shù)為131106，總面數(shù)為542409，總節(jié)點(diǎn)數(shù)為177006。產(chǎn)生網(wǎng)要盡可能保持規(guī)則的網(wǎng)。認(rèn)為流體具有以下性質(zhì)和操作條件i.粘度4.28XlCT5kg/m/sj.導(dǎo)熱系數(shù)=0.087W/m/Kk.比熱=2768.03J/kg/K1.密度=使用理想氣體定律m.分子量=17.49g/mo1n.分子擴(kuò)散系數(shù)=1X10—5m2/s如圖4所示將進(jìn)口面分成四個(gè)相等象限。每個(gè)區(qū)域給予不同的名稱，但是各個(gè)區(qū)的熱-物理性質(zhì)是相同的。所以A區(qū)定義為濃度A=1,B，C，D=O的區(qū)，B區(qū)定義為濃度B=1,A，C和D=0的區(qū)等等。四個(gè)區(qū)之間的分子擴(kuò)散系數(shù)為1Xl(T5m2/S。雷諾數(shù)計(jì)算方法為Re=^p^流體密度，kg/m3v=進(jìn)口的流體平均速度，m/sD二通道的水力直徑，mp=流體的粘度，kg/m/s考慮了三種情況，進(jìn)口雷諾數(shù)=10，100，1000。各種情況的邊界條件如下o操作壓力-2379kPao出口壓力^psigo進(jìn)口速度當(dāng)Re=IOOO時(shí)為0.467m/s，當(dāng)Re=IO(應(yīng)為100)時(shí)為0.0467m/s，當(dāng)Re二10時(shí)為0.00467m/so進(jìn)口溫度300Ko壁溫度=350KoA區(qū)質(zhì)it分?jǐn)?shù)oA=1oB=0oC=0oD=0oB區(qū)質(zhì)量:分?jǐn)?shù)oA=0oB=1oC=0oD=0oC區(qū)質(zhì)量:分?jǐn)?shù)oA=0oB=0oC=1oD=0oD區(qū)質(zhì)量t分?jǐn)?shù)oA=0oB=0oC=0oD=1模型選擇K-Q模型(SST類)選擇用于CFD分析。模型常數(shù)的數(shù)值是fluent6.0提供的默認(rèn)值。湍流模型的系數(shù)為a*—inf=1;a—inf=0.52;(3沐一inf=0.09;RJ3=8;Al=0.31;卩一i(內(nèi))=0.075;卩J(外)=0.0828;TKE(內(nèi))PPmndtl#=1.176;TKE(夕卜)PPrandtl弁=1.0;SDR(內(nèi))PPrandtl#=2;SDR(外)PPrandtl#=1.168;能量Prandtly數(shù)0.85;壁Prandtly數(shù)-0.85;湍流Schmidt數(shù)-0.7。選擇全多組分?jǐn)U散物質(zhì)傳遞模型。擴(kuò)散系數(shù)為lE-5m2/5。根據(jù)質(zhì)量加權(quán)平均計(jì)算A，B，C和D的混合物的性質(zhì)。對(duì)該模型進(jìn)行運(yùn)算，直至質(zhì)量和能量收斂到小于進(jìn)口質(zhì)量和能量的1%。結(jié)果如圖15(應(yīng)為14)所示選擇三個(gè)點(diǎn)。所有這些點(diǎn)都位于流體進(jìn)入處的通道的面上。對(duì)于各點(diǎn)，釋放沒(méi)有質(zhì)量的粒子，追蹤該粒子在通道內(nèi)如何運(yùn)動(dòng)。數(shù)值計(jì)算粒子在表面特征內(nèi)所花費(fèi)的時(shí)間以及在主通道內(nèi)、表面特征外所花費(fèi)的時(shí)間。在任何雷諾數(shù)下，粒子1和粒子2從不進(jìn)入表面特征通道。下表比較了雷諾數(shù)從10增大到1000時(shí)的所述時(shí)間。表l:粒子在表面特征之內(nèi)和之外所花費(fèi)時(shí)間的比較宙<table>tableseeoriginaldocumentpage86</column></row><table>從上表我們可以清楚地看出，通道角落內(nèi)的粒子進(jìn)入表面特征。另外，當(dāng)雷諾數(shù)約為1000時(shí)，與雷諾數(shù)為10或100時(shí)相比，粒子進(jìn)入表面特征內(nèi)的機(jī)會(huì)顯著減小。實(shí)施例對(duì)于沿通道寬度每個(gè)特征具有一個(gè)以上角的活性表面特征圖案，雷諾數(shù)對(duì)在表面特征內(nèi)花費(fèi)的停留時(shí)間作為總停留時(shí)間分?jǐn)?shù)的影響考慮在雷諾數(shù)為6-600的范圍內(nèi)，具有SFG-O-順式/Fanelli型表面特征的0.254米(10")長(zhǎng)的通道。簡(jiǎn)單的人字形特征在相對(duì)的微通道面上互成鏡像，相對(duì)于流動(dòng)方向?yàn)轫樖?A構(gòu)型。所述人字形結(jié)構(gòu)在頂點(diǎn)處不連接，間隔的距離小于0.4毫米(或微通道總寬度的1/10)。不同角度的表面特征兩個(gè)支段之間的Fanelli距離或不連接距離優(yōu)選小于通道寬度的20%，更優(yōu)選小于微通道寬度的10%。所述主通道的寬度是0.4064厘米(0.16")，主通道間隙是0.04572厘米(0.018")。所述表面特征的深度為0.254毫米(0.01")，寬度為0.381毫米(0.015")。取向角度為45。。在該器件的整個(gè)長(zhǎng)度上，在相對(duì)壁的各側(cè)上總共具有234個(gè)表面特征。以不同的平均速度將氮?dú)馑腿胨銎骷?。溫度恒定?5'C。器件出口處的壓力設(shè)定為l大氣壓。雷諾數(shù)根據(jù)進(jìn)口處的平均速度以及主通道的水力直徑計(jì)算。用FluentCFD模擬工具求解流場(chǎng)。為了使用具有特征的壁進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在流動(dòng)通道的壁上涂敷催化劑?？紤]了單表面特征，表面積與流體體積之比非常高。由于這一點(diǎn)，表面特征內(nèi)的反應(yīng)物更容易催化轉(zhuǎn)化為所需的產(chǎn)物。在表面特征內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間占總停留時(shí)間的分?jǐn)?shù)可以作為表面特征效率的指標(biāo)?？梢酝ㄟ^(guò)沿從反應(yīng)器進(jìn)口引入的粒子軌跡進(jìn)行積分，計(jì)算流體在表面特征內(nèi)花費(fèi)的停留時(shí)間，該結(jié)果以占總停留時(shí)間的分?jǐn)?shù)的形式表示。實(shí)際上，釋放了有限數(shù)量的粒子，確定了它們的軌跡。對(duì)于本實(shí)施例的幾何結(jié)構(gòu)，兩個(gè)對(duì)稱面將進(jìn)口分成四個(gè)相等的四等分。只需考慮從進(jìn)口的一個(gè)四等分釋放的粒子的軌跡。將該四等分成大量的網(wǎng)格。在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，從其中心釋放一個(gè)粒子?？紤]的網(wǎng)格數(shù)越多，對(duì)其軌跡進(jìn)行追蹤的粒子的集(ensemble)越大，通過(guò)統(tǒng)計(jì)平均可以得到的停留時(shí)間結(jié)果越詳細(xì)。對(duì)于在壁附近釋放的粒子，它們到負(fù)載了催化劑的壁的擴(kuò)散距離短得多。它們大多數(shù)會(huì)在催化壁上轉(zhuǎn)化。對(duì)于在對(duì)稱面附近釋放的粒子，它們并不是代表性的，這是因?yàn)樗鼈兛赡芨静涣魅氡砻嫣卣髦校绕洚?dāng)表面特征完全對(duì)稱時(shí)。為了計(jì)算流體在表面特征內(nèi)花費(fèi)的停留時(shí)間，從灰色區(qū)域釋放的粒子更加具有代表性。為了簡(jiǎn)化，僅從深色網(wǎng)格的中心釋放一個(gè)無(wú)質(zhì)量的粒子，并追蹤其軌跡。在沿著所述軌跡的任意點(diǎn)，存在與粒子從進(jìn)口釋放出來(lái)之后達(dá)到該點(diǎn)所花費(fèi)的實(shí)際時(shí)間相關(guān)的流動(dòng)時(shí)間。從沿著軌跡的任意點(diǎn)的坐標(biāo)，可以確定該粒子是否位于壁內(nèi)一個(gè)表面特征的凹陷空間內(nèi)。通過(guò)僅對(duì)處于表面特征內(nèi)的軌跡的線段進(jìn)行積分，可以計(jì)算粒子在表面特征內(nèi)花費(fèi)的累積時(shí)間。通過(guò)對(duì)從進(jìn)口到出口的整個(gè)軌跡進(jìn)行積分，可以計(jì)算整個(gè)停留時(shí)間。對(duì)于所有考慮的情況計(jì)算粒子在表面特征內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間與總停留時(shí)間之比，結(jié)果列于下表。雷諾數(shù)在表面特征內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間％在主通道內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間%<table>tableseeoriginaldocumentpage87</column></row><table>結(jié)果顯示流體在表面特征內(nèi)花費(fèi)的停留時(shí)間作為總停留時(shí)間的分?jǐn)?shù)，當(dāng)雷諾數(shù)增大時(shí)，盡管總停留時(shí)間減小，但是該分?jǐn)?shù)會(huì)增大。這說(shuō)明至少在本工作中考慮的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，當(dāng)流速或雷諾數(shù)增大時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更有效地與活性表面接觸。對(duì)于在任意微通道壁的寬度上包括一個(gè)以上的角度，而且重復(fù)15個(gè)以上基本類似的表面特征的活性表面特征圖案，這些結(jié)果是典型的，特別是在相對(duì)的壁上使用順式取向時(shí)。對(duì)于沿著微通道寬度僅有一種角度的圖案，在特征內(nèi)花費(fèi)的停留時(shí)間的分?jǐn)?shù)未必會(huì)隨著雷諾數(shù)增大而提高。權(quán)利要求1.微通道設(shè)備，該設(shè)備包括包括表面特征的微通道；所述微通道的至少一段的特征是特征進(jìn)口長(zhǎng)度大于10；所述段至少1厘米長(zhǎng)；所述段包括多個(gè)類似的重復(fù)表面特征；所述類似的重復(fù)表面特征在每個(gè)類似的表面特征中包括至少一種角度。2.如權(quán)利要求l所述的微通道，其特征在于，所述微通道包括周邊，所述重復(fù)表面特征占據(jù)大部分周邊。3.微通道設(shè)備，該設(shè)備包括由至少三個(gè)微通道壁限定的微通道；所述微通道的至少一段的特征是特征進(jìn)口長(zhǎng)度數(shù)大于10;所述段至少長(zhǎng)l厘米；所述段包括多個(gè)類似的重復(fù)表面特征；所述類似的重復(fù)表面特征在各個(gè)類似的表面特征中包括至少一種角度。4.微通道設(shè)備，該設(shè)備包括微通道，其包括微通道壁，所述微通道壁包括表面特征；所述表面特征包括亞圖案結(jié)構(gòu)，該亞圖案結(jié)構(gòu)增大了所述微通道壁的表面積；還包括設(shè)置在至少一個(gè)包括亞圖案結(jié)構(gòu)的表面特征上的催化劑組合物。5.如權(quán)利要求4所述的微通道設(shè)備，其還包括設(shè)置在所述亞圖案結(jié)構(gòu)上的增大表面積的金屬沉積物。6.如權(quán)利要求4所述的微通道設(shè)備，其特征在于，所述催化劑組合物包括設(shè)置在金屬氧化物層上的催化劑金屬。7.微通道設(shè)備，該設(shè)備包括微通道，其包括微通道壁，該微通道壁包括超過(guò)15個(gè)類似的重復(fù)表面特征;所述類似的重復(fù)表面特征在每個(gè)類似的表面特征中包括至少一種角度。8.如權(quán)利要求7所述的微通道設(shè)備，其特征在于，所述微通道設(shè)備包括兩個(gè)相對(duì)的主壁，所述兩個(gè)相對(duì)的主壁各自包括表面特征；位于所述兩個(gè)相對(duì)的主壁之間的間隙；所述表面特征的深度:通道間隙之比大于0.3。9.如權(quán)利要求7所述的微通道設(shè)備，其特征在于，包括超過(guò)15個(gè)類似的重復(fù)表面特征的所述微通道壁的長(zhǎng)度至少為7厘米。10.如權(quán)利要求7所述的微通道設(shè)備，該微通道設(shè)備包括至少10個(gè)并聯(lián)操作的微通道，每個(gè)通道的質(zhì)量流速之差小于35%;所述至少10個(gè)微通道各自包括超過(guò)15個(gè)類似的重復(fù)表面特征；在所述類似的重復(fù)表面特征中，每個(gè)類似的表面特征包括至少一種角度。11.微通道設(shè)備，該設(shè)備包括微通道，其包括微通道壁，所述微通道壁包括交錯(cuò)人字形混合器(SHM)構(gòu)型的表面特征，所述SHM在有角度的表面特征之間具有間隔；還包括位于所述間隔之間的填充特征。12.—種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括兩個(gè)相對(duì)的微通道壁以及位于所述兩個(gè)相對(duì)的微通道壁之間的間隙；至少一個(gè)所述微通道壁包括至少10個(gè)連續(xù)的類似的表面特征；所述類似的表面特征各自包括至少一種角度，所述表面特征深度:通道間隙之比至少為0.4;在大于100的Re下使流體流過(guò)所述微通道。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，連續(xù)的至少10個(gè)類似的表面特征還包括設(shè)置在表面特征上的催化劑。14.如權(quán)利要求13所述的方法，該方法包括甲垸蒸汽轉(zhuǎn)化，甲烷以小于IOO毫秒的接觸時(shí)間流過(guò)微通道。15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述催化劑包括燃燒催化劑，所述流體是在至少為1000的Re下流過(guò)所述微通道的反應(yīng)物。16.—種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括在大于100的雷諾數(shù)Re下，使流體流過(guò)微通道；所述微通道包括表面特征；在表面特征中，對(duì)流體進(jìn)行單元操作；所述單元操作包括選自以下的一種或多種單元操作化學(xué)反應(yīng)、蒸發(fā)、壓縮、化學(xué)分離、蒸餾、冷凝、加熱和冷卻。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述表面特征包括一系列至少10個(gè)類似的表面特征，所述至少10個(gè)類似的表面特征各自包括至少一種角度。18.—種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括使流體通過(guò)通道進(jìn)口進(jìn)入微通道；所述微通道在至少一個(gè)表面特征區(qū)中包括表面特征；超過(guò)30%的進(jìn)入質(zhì)量的流體進(jìn)入所述表面特征區(qū)中至少一個(gè)表面特征的體積內(nèi)；對(duì)所述表面特征區(qū)中的流體進(jìn)行單元操作；所述單元操作包括選自以下的一種或多種單元操作化學(xué)反應(yīng)、蒸發(fā)、壓縮、化學(xué)分離、蒸餾、冷凝、加熱和冷卻。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述流體通過(guò)所述微通道，接觸時(shí)間小于100毫秒。20.—種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括表面特征；所述表面特征在每個(gè)表面特征中包括至少一種角度；所述散熱器或熱源與所述活性表面特征熱接觸；使流體在大于100的Re下流過(guò)微通道；結(jié)果是熱量傳到微通道中流動(dòng)的流體，或者從微通道中流動(dòng)的流體傳走熱21.—種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括微通道壁，所述微通道壁包括具有與熱源或散熱器熱接觸的表面特征的區(qū)；使流體流過(guò)微通道，使得在所述流體以及熱源或散熱器之間，通過(guò)所述至少一個(gè)微通道壁交換熱量；在包括表面特征的區(qū)上產(chǎn)生壓降；所述區(qū)中傳遞的熱量除以相同條件下在無(wú)特征區(qū)中傳遞的熱量所得的數(shù)值(hs"h。)，至少是所述區(qū)中的壓降除以相同條件下在無(wú)特征區(qū)中的壓降所得的數(shù)值(dPsF/dP。)的l.l倍。22.—種在微通道中進(jìn)行流體處理的方法，該方法包括提供包括微通道的微通道設(shè)備；所述微通道包括第一區(qū)和第二區(qū)；所述第一區(qū)包括第一系列表面特征；所述第二區(qū)包括第二系列表面特征；使流體通過(guò)所述微通道，使得流體在所述第一區(qū)和第二區(qū)中混合，但是在這些區(qū)之間基本緩和成拋物線型流。23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一系列表面特征包括第一平均特征深度；所述第二系列表面特征包括第二平均特征深度；所述第一平均特征深度和第二平均特征深度之差至少為20呢。24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，在所述第一區(qū)中有第一單元操作；在所述第二區(qū)有第二單元操作；所述第一單元操作不同于第二單元操作。25.—種制造層疊的微通道制品的方法，該方法包括將具有看穿表面特征的第一片材與包括微通道的片材相鄰疊置，使得所述看穿表面特征設(shè)置在微通道的一側(cè)上；將包括空穴的第二片材與所述第一片材相鄰疊置，使得所述第二片材上的空穴與所述第一片材上的至少一個(gè)看穿特征相鄰。26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述空穴是看穿特征。27.如權(quán)利要求26所述的方法，該方法還包括結(jié)合所述片材，然后將催化劑組合物沉積在所述空穴中。全文摘要本發(fā)明涉及微通道設(shè)備，其包括具有用來(lái)改善流動(dòng)的內(nèi)表面特征的微通道；涉及使用該微通道結(jié)構(gòu)的方法，以及具有這些特征的設(shè)備的制造方法。文檔編號(hào)B01F13/00GK101309747SQ200680017580公開(kāi)日2008年11月19日申請(qǐng)日期2006年3月23日優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日發(fā)明者A·L·同克維齊,K·賈羅斯,M·范林,R·阿羅拉,S·P·費(fèi)茨杰拉爾德,S·T·佩里,T·D·尤斯查克,T·沙利文,T·馬贊克,斌楊申請(qǐng)人:維羅西股份有限公司