[發明專利]一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置及其方法

在審

• 申請號: 202010626802.9
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111638172A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 姚傳進;劉栢碩;張凱;達祺安;肖凱;黃耀煒;劉曉蕊;賈海東;周依然
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;B01L3/00
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產權代理有限公司 42258
• 代理人: 沙莎

1.一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于，包括注射泵、注射泵控制器、計算機、集成電路板和三維視頻顯微鏡，所述注射泵的一側安裝有注射器，所述注射器的出水口連通有平口針頭的一端，所述平口針頭的另一端連通有軟管，所述軟管從左至右依次貫通連接有連通器和微納米通道模型并延伸至微納米通道模型的外部并連通有取樣杯，所述微納米通道模型的底部設置有熱水循環加熱器，所述熱水循環加熱器的一側連通有出水管的一端，所述出水管的另一端連通有恒溫循環水浴，所述恒溫循環水浴的一端連通有進水管的一端，所述進水管的另一端與所述熱水循環加熱器的另一側連通，所述注射泵控制器通過第一數據線與所述注射泵通信連接，所述集成電路板的頂部依次安裝有連通器和壓力傳感器，所述壓力傳感器通過第二數據線與所述計算機通信連接，所述計算機通過第三數據線與所述三維視頻顯微鏡通信連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述三維視頻顯微鏡設置于所述微納米通道模型的正上方，所述三維視頻顯微鏡用于紀錄流體通過所述微納米通道模型時的微觀動態圖像，所述三維視頻顯微鏡配套有圖像采集分析軟件，該軟件為瀚光測量軟件，用于進行錄像、拍照以及對長度、寬度、直徑、角度和面積參數進行測量，長度的測量精度為0.001μm、角度的測量精度為0.001度，錄像速度上限為360幀/s、拍照功能像素上限為1600萬。

3.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述注射泵控制器用于控制所述注射泵注入流體時的注入速率，所述注射泵控制器可同時控制的所述注射泵的個數為八個，可調節流體的注入速率范圍為0.01μL/min-127mL/min。

4.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述注射泵可安裝所述注射器的規格范圍為10μL-60mL，所述注射器用于存放不同性質的注入流體。

5.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述壓力傳感器的測量精度為0.001kPa，采集頻率為120次/s。

6.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述取樣杯用于分離和計量排出流體。

7.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述恒溫循環水浴用于控制微納米通道模型中流體的溫度。

8.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述微納米通道模型的類型為單通道和雙通道兩種通道中任一種，所述微納米通道模型的深寬尺寸為10μm、50μm、100μm、1nm和10nm中任一種，所述微納米通道模型通道表面潤濕性為油潤濕和水潤濕中任一種，所述微納米通道模型的內表面粗糙度為光滑和粗糙中任一種，所述微納米通道模型的橫截面的形狀為矩形型、正方形型和梯形型中任一種。

9.根據權利要求1所述的一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置，其特征在于：所述微納米通道模型用于模擬巖石內部的孔喉結構及特征，所述微納米通道模型的材料為PDMS和玻璃。

10.一種應用如權利要求1-9一種基于微流控技術的流體流動模擬實驗裝置的操作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，確定微納米通道模型的結構，設計實驗所需要的微納米通道模型；

S2，設備安裝，將待研究流體吸入注射器，將注射器和微納米通道模型連入整個實驗裝置；

S3，參數設定，設定恒溫循環水浴溫度，在注射泵控制器上設置所選注射器類型、流體注入速率及注入單元等參數；

S4，設備調試，打開三維視頻顯微鏡配套軟件，調節畫面中微納米通道模型位置及放大倍數，直到模型內的通道在計算機上顯示的圖像清晰、放大倍數和顯示范圍適中，同時打開壓力傳感器配套軟件并調節端口設置，獲取通道內實時的壓力數據；

S5，流體注入，通過注射泵控制器開啟注入，驅替注射器中的流體通過連通器、微納米通道模型和取樣杯；

S6，獲取微觀動態圖像，利用三維視頻顯微鏡紀錄流體通過微納米通道模型時的微觀動態圖像；

S7，獲取壓力數據，利用壓力傳感器配套軟件記錄流體通過微納米通道模型時的實時壓力數值；

S8，數據分析，根據壓力傳感器記錄的壓力數值，繪制壓力數值隨時間變化曲線，同時根據微觀動態圖像對流體通過微納米通道模型的流動特征進行分析。