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OIST借3D打印的微流体技术研究液体中的旋涡,为石油工业节省成本!

此前,3D虎已经报道了微流控技术,以及如何将其与3D打印技术结合使用,用于各种应用。冲绳科学技术大学研究生院(OIST)的研究人员与利物浦大学的研究小组合作,实现了最新的突破。他们的3D打印微流体装置使他们能够研究液体在流动时或在弯曲路径周围流动的行为,以及如何减少形成的涡流以提高流体送过程的效率。

3D打印微流体装置

简单的说,“Newtonian”流体就像水一样,流动得非常快,或者沿着一条曲线的路径移动,在这个过程中往往会形成旋涡。这些旋涡的形成增加了液体移动时的“拖曳力”,这意味着需要更多的能量来将流体沿期望的方向移动。这在一定程度上需要支出额外的能源成本。在诸如输油管道或下水道管道等大型基础设施中,需要额外的输入功率来产生足够的压力来泵送流体,这意味着该过程比其他方式更昂贵。

早在20世纪40年代,工业抽油系统的一个解决这个问题的方法是向油中添加少量的聚合物。这意味着漩涡的强度降低了,所以油将以相同的速度流动,而且泵送压力降低,从而节省能源和成本。尽管此方法有效,但仍然存在许多问题,关于聚合物如何在物理层面上工作。

3D打印的“微流体”装置

为了进一步探索这个问题,研究人员使用了3D打印的“微流体”装置,一小块含有一对微观穿越通道的玻璃,这些通道的宽度并不比人的头发宽。在显微镜下,他们可以看到极端细节形成的涡旋,追踪它的运动,看看加入少量聚合物如何改变流体的运动方式。在流体中仅需要百万分之一的聚合物,以帮助其更流畅地流动。

OIST团队在利物浦的合作者创建了微流体实验的计算机模拟,以便准确理解聚合物分子引入对流动的影响。“在模拟的帮助下,我们能够清楚地显示出聚合物在流动的特定区域中的伸展位置,以及它如何抑制涡流的形成。”OIST的Micro / Bio / Nanofluidics Unit领导者Simon Haward博士说。

Micro / Bio / Nanofluidics Unit领导者Simon Haward博士

3D打印的微流体研究的发现可以在许多不同的领域中有广泛的潜在应用。除了帮助优化石油工业或污水处理厂的抽水基础设施,医疗人员还可以使用它来改善心脏病患者的血液循环。

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