自20世纪80年代“微通道散热器”的概念首次被提出以来,微设备就开始以一种高速发展的姿态进入到化学化工领域,以微反应系统为核心的微化工技术以其简单高效、快速灵活、易直接放大和可持续性等优势受到广大科技工作者和商业领域的青睐。20多年来,基于不同的方法和目的,各种各样的微反应器被设计开发出来并尝试应用到各种领域。但是,作为反应器/混合器中最重要、最有决定意义的微观混合,在有关微反应器的研究报道中却少有提及；同时,由于物料在各微通道中分布不均和易堵塞的原因,微反应器在实际工业生产中的应用并不多见。因此,本文主要进行以下几个方面的研究：对基本的Y型和线型微通道反应器的微观混合性能进行表征；基于工业生产的目的,设计了一种新型的带微孔膜结构的套管式环形微通道反应器(MTTR),并对该反应器的微观混合性能进行表征；应用团聚模型对套管式微反应器的微观混合特征时间进行了计算；在对混合流体微元可视化研究的基础上,提出片状收缩模型并针对套管式微通道反应器模拟了实验结果。主要研究成果如下：(1)在利用碘化物-碘酸盐反应体系作为表征微观混合性能的体系时,集离指数随反应物浓度尤其是关键组份H+浓度的减小而减小。对于不同结构的微通道反应器,表征其微观混合效率的最灵敏的H+浓度范围也不一样：Y型微通道反应器的H+浓度范围在0.02-0.06M,线型微通道反应器的H+浓度范围在0.06-0.08M,而套管式微通道反应器的H+浓度范围在0.02-0.06M。(2)设计了一种新型的套管式微通道反应器,不同的实验条件如：反应物浓度、反应物体积流量、反应物体积流量比以及反应器尺寸(微孔孔径、环形微通道宽度)对微观混合效率均有影响,尤其是反应物体积流量的增大、微孔孔径及微通道宽度的减小能较大程度的提高微观混合效率。套管式微反应器的离集指数范围为0.005-0.01；基于团聚(Incorporation)模型对套管式微反应器的微观混合特征时间进行计算,其值为毫秒级；在本文实验条件下,套管式微通道反应器的处理量范围为100ml/min-9L/min,具有较大的工业应用前景。(3)推算出层流和湍流两种流动状态下套管式微通道反应器中能量耗散率的表达式。基于高速频闪摄像技术对混合流体微元的可视化研究,提出了片状收缩(Slab-shrinking)微观混合模型,该模型较好的模拟了套管式微反应器的实验结果。