纳米尺度气体流动规律实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种纳米尺度气体流动规律实验系统，包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；压力控制系统包括进、出口压力控制单元；抽真空系统包括真空泵和抽真空管路；压力压差测量系统包括精密压力传感器和压差传感器；流量测量系统包括并联连接的第一、第二和第三支路；稳压系统包括压力缓冲罐和稳压容器，数据采集控制系统包括计算机和信号线路；本实用新型专利技术切换实验类型和实验条件非常方便，满足从多个角度研究纳米尺度气体流动规律的需要，模拟各种页岩气矿藏的地质现场条件，为页岩气的开采提供理论指导。

Experimental system of nano scale gas flow law

The utility model discloses a nanometer scale gas flow experimental system, a gripper and a pressure control system, vacuum system, pressure differential pressure measurement system, power system, flow measurement system and data acquisition control system comprises a clamp thermostat; pressure control system including inlet and outlet pressure control unit; vacuum system including the vacuum pump and the vacuum pipeline; pressure differential pressure measurement system includes a precision pressure sensor and differential pressure sensor; flow measurement system includes first, second and third parallel branch connection; voltage stabilizing system comprises a pressure buffer tank and the pressure vessel, data acquisition and control system comprises a computer and a signal line; the utility model has the advantages of switching type and experiment the experimental conditions are very convenient, meet the need from multiple angle flow law of nano scale gas, simulate The geological conditions of shale gas deposits provide theoretical guidance for the exploitation of shale gas.

【技术实现步骤摘要】
纳米尺度气体流动规律实验系统
本技术涉及页岩气开发
，尤其涉及纳米尺度气体流动规律实验系统，主要用于研究不同压差条件下纳米尺度气体流动规律和纳米尺度不同稀薄程度的气体流动规律。
技术介绍
页岩气藏是一种具有丰富纳米尺度孔隙的特低渗储层，内部纳米尺度孔隙极度发育。气体分子平均自由程（一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值，微粒的平均自由程是指微粒与其他微粒碰撞所通过的平均距离。用符号λ表示，单位为米）与孔隙尺寸相当，在此条件下有着较大的Knudsen数，气体流动存在渗流、滑流、扩散等多种流动机制，所以具有低渗特征的页岩气藏产气机制十分复杂，研究纳米尺度气体流动特征对页岩气的开发具有重要的意义。阳极氧化铝薄膜具有孔隙分布均匀且孔径可控，每张氧化铝薄膜上孔径统一特征，为简化研究本技术提出以具有统一孔径的纳米孔隙的阳极氧化铝薄膜为试样进行纳米尺度气体流动规律研究。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种纳米尺度气体流动规律实验系统，该实验系统能够稳定可靠地夹持试样，既能够进行常压实验，又便于进行负压实验，可以测试不同压差条件下纳米尺度气体流动特征，也能够实现纳米尺度不同稀薄程度的气体流动规律的实验。为实现上述目的，本技术的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；所述夹持器包括左罐体和右罐体，左罐体的右端沿径向凸起设有左连接盘，右罐体的右端沿径向凸起设有右连接盘，左连接盘和右连接盘通过螺栓可拆卸压接在一起；左连接盘的右端面上开设有左卡槽，右连接盘的左端面上开设有右卡槽，左卡槽和右卡槽相对应并组成孔板卡槽；孔板卡槽内卡接有孔板结构；孔板结构包括卡接配合的左孔板和右孔板，左孔板和右孔板的径向外端部卡接在孔板卡槽内，左孔板和右孔板的中部对应开设有气孔，左孔板上的气孔和右孔板上的气孔对应连通并左右贯通左孔板和右孔板；左孔板和右孔板之间压接有由阳极氧化铝薄膜制成的圆形试样；孔板结构将夹持器的内腔分为左腔体和右腔体；所述压力控制系统包括入口压力控制单元和出口压力控制单元；入口压力控制单元包括用于储存天然气的高压气瓶、减压阀、入口压力表和入口调速阀；以气流方向为前向，高压气瓶的出口通过管路由后向前依次连接所述减压阀、入口压力表和入口调速阀；出口压力控制单元包括由后向前依次通过管路相连接的压力真空表、出口调速阀和第一手动阀；抽真空系统包括真空泵，真空泵的吸入口连接有抽真空管路，抽真空管路上设有第二手动阀；压力压差测量系统包括精密压力传感器和压差传感器，压差传感器的一端通过测量管与所述左腔体相连通，压差传感器的另一端通过测量管与所述右腔体相连通；流量测量系统包括并联连接的第一支路、第二支路和第三支路；第一支路上串联连接有第一电磁阀和量程为0~100SCCM的第一质量流量计，第二支路上串联连接有第二电磁阀和量程为0~500SCCM的第二质量流量计，第三支路上串联连接有第三电磁阀和量程为0~5000SCCM的第三质量流量计；稳压系统包括压力缓冲罐和稳压容器，压力缓冲罐通过连通管连接稳压容器，稳压容器连接有用于排空负压的第四电磁阀，压力缓冲罐上设有第一压力传感器和温度传感器；数据采集控制系统包括计算机和与计算机相连接的信号线路；所述夹持器的左腔体连通有进气管，进气管连接所述入口调速阀，进气管上串联连接有第一三通阀，第一三通阀的第三个接口连接所述精密压力传感器，所述精密压力传感器、压差传感器、第一至第四电磁阀、第一至第三质量流量计、第一压力传感器和温度传感器分别通过所述信号线路连接所述计算机；所述夹持器的右腔体连通有出气管，出气管连接所述出口压力控制单元的压力真空表；所述出气管上设有第二三通阀，第二三通阀的第三个接口连接所述抽真空管路；所述流量测量系统与出口压力控制单元之间设有第一四通阀，所述流量测量系统的气体流出端设有第二四通阀；以气流方向为前向，所述第一支路、第二支路和第三支路的后端分别连接所述第一四通阀的一个接口，第一四通阀的第四个接口连接所述出口压力控制单元的管路的前端；所述第一支路、第二支路和第三支路的前端分别连接所述第二四通阀的一个接口，第二四通阀的第四个接口连接有第三三通阀，第三三通阀的另外两个接口分别连接排空管和稳压进气管，排空管上设有第三手动阀；稳压进气管连接所述压力缓冲罐，稳压进气管上设有第四手动阀。所述左孔板和右孔板的径向外端部之间通过螺栓压接在一起；所述左孔板的中部向右凸起设有卡台，所述右孔板的中部设有与所述卡台相适配的凹槽，卡台卡入所述凹槽，且所述试样压接在卡台与凹槽的槽底之间。所述连通管上设有第五手动阀；压力缓冲罐容积大于等于5升，稳压容器的容积大于等于15升。所述卡台径向外侧的左孔板的左侧表面开设有环形的左密封槽，左密封槽与左连接盘围成的环形空间内压设有左密封圈；所述凹槽径向外侧的右孔板的左侧表面设有中间密封槽，左孔板与中间密封槽围成的环形空间内压设有中间密封圈；所述凹槽径向外侧的右孔板的右侧表面设有右密封槽，右连接盘与中间密封槽围成的环形空间内压设有右密封圈。本技术具有如下的优点：本技术的纳米尺度气体流动规律实验系统结构简洁、便于连接各系统，便于安装、更换试样，操作方便，夹持器能够稳定可靠地固定试样并具有良好的密封性能。使用本技术，实验数据可进行实时监测和自动采集，使实验结果更具全面性和可靠性。本技术能够测试相同压差条件下不同稀薄程度气体在纳米尺度的流动规律。本技术中的稳压系统具有与实验中的气体流量相匹配的容积，能够在负压实验中在系统中保持稳定的负压，同时又不过多增大稳压系统的体积。本技术的纳米尺度气体流动规律实验系统可以通过开、关各阀门以及调节阀门的开启度，能够实现常压实验、负压实验以及恒定压差等多种类型的实验，并能够在不同进气压力条件、不同压差条件和不同孔隙条件下进行实验，功能丰富，切换实验类型和实验条件非常方便，能够满足从多个角度研究纳米尺度气体（天然气）流动规律的需要，能够模拟各种页岩气矿藏的地质现场条件，为页岩气的开采提供理论指导。具体地，使用纳米尺度气体流动规律实验系统进行常压实验的方法，能够在恒温条件下，完成常压不同压差状态下纳米尺度气体流动规律实验，并方便通过更换孔径不同的试样来模拟不同孔隙条件，方便在不同的预设温度条件下进行多组变压差实验。使用纳米尺度气体流动规律实验系统进行负压实验的方法，能够在负压、恒温条件下，完成负压不同压差状态下纳米尺度气体流动规律实验，并方便模拟不同孔隙条件，方便在不同的预设负压、温度条件下进行多组变压差实验。使用纳米尺度气体流动规律实验系统进行不同稀薄程度气体实验的方法，能够在常压、恒温条件下，完成常压恒定压差状态下纳米尺度气体流动规律实验，并方便模拟不同孔隙条件，方便在不同的温度、孔隙条件下模拟不同稀薄程度的气体环境，进行多组恒定压差实验。附图说明图1是本技术的纳米尺度气体流动规律实验系统的结构示意图；图2是夹持器的结构示意图；图3是图2中Ａ处的放大图；图4是左孔板的结构示意图；图5是右孔板的结构示意图；图6是卡台的截面示意图。具体实施方式图1中箭头所示方向为该处本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；所述夹持器包括左罐体和右罐体，左罐体的右端沿径向凸起设有左连接盘，右罐体的右端沿径向凸起设有右连接盘，左连接盘和右连接盘通过螺栓可拆卸压接在一起；左连接盘的右端面上开设有左卡槽，右连接盘的左端面上开设有右卡槽，左卡槽和右卡槽相对应并组成孔板卡槽；孔板卡槽内卡接有孔板结构；孔板结构包括卡接配合的左孔板和右孔板，左孔板和右孔板的径向外端部卡接在孔板卡槽内，左孔板和右孔板的中部对应开设有气孔，左孔板上的气孔和右孔板上的气孔对应连通并左右贯通左孔板和右孔板；左孔板和右孔板之间压接有由阳极氧化铝薄膜制成的圆形试样；孔板结构将夹持器的内腔分为左腔体和右腔体；所述压力控制系统包括入口压力控制单元和出口压力控制单元；入口压力控制单元包括用于储存天然气的高压气瓶、减压阀、入口压力表和入口调速阀；以气流方向为前向，高压气瓶的出口通过管路由后向前依次连接所述减压阀、入口压力表和入口调速阀；出口压力控制单元包括由后向前依次通过管路相连接的压力真空表、出口调速阀和第一手动阀；抽真空系统包括真空泵，真空泵的吸入口连接有抽真空管路，抽真空管路上设有第二手动阀；压力压差测量系统包括精密压力传感器和压差传感器，压差传感器的一端通过测量管与所述左腔体相连通，压差传感器的另一端通过测量管与所述右腔体相连通；流量测量系统包括并联连接的第一支路、第二支路和第三支路；第一支路上串联连接有第一电磁阀和量程为0~100SCCM的第一质量流量计，第二支路上串联连接有第二电磁阀和量程为0~500SCCM的第二质量流量计，第三支路上串联连接有第三电磁阀和量程为0~5000SCCM的第三质量流量计；稳压系统包括压力缓冲罐和稳压容器，压力缓冲罐通过连通管连接稳压容器，稳压容器连接有用于排空负压的第四电磁阀，压力缓冲罐上设有第一压力传感器和温度传感器；数据采集控制系统包括计算机和与计算机相连接的信号线路；所述夹持器的左腔体连通有进气管，进气管连接所述入口调速阀，进气管上串联连接有第一三通阀，第一三通阀的第三个接口连接所述精密压力传感器，所述精密压力传感器、压差传感器、第一至第四电磁阀、第一至第三质量流量计、第一压力传感器和温度传感器分别通过所述信号线路连接所述计算机；所述夹持器的右腔体连通有出气管，出气管连接所述出口压力控制单元的压力真空表；所述出气管上设有第二三通阀，第二三通阀的第三个接口连接所述抽真空管路；所述流量测量系统与出口压力控制单元之间设有第一四通阀，所述流量测量系统的气体流出端设有第二四通阀；以气流方向为前向，所述第一支路、第二支路和第三支路的后端分别连接所述第一四通阀的一个接口，第一四通阀的第四个接口连接所述出口压力控制单元的管路的前端；所述第一支路、第二支路和第三支路的前端分别连接所述第二四通阀的一个接口，第二四通阀的第四个接口连接有第三三通阀，第三三通阀的另外两个接口分别连接排空管和稳压进气管，排空管上设有第三手动阀；稳压进气管连接所述压力缓冲罐，稳压进气管上设有第四手动阀。...

【技术特征摘要】
1.纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；所述夹持器包括左罐体和右罐体，左罐体的右端沿径向凸起设有左连接盘，右罐体的右端沿径向凸起设有右连接盘，左连接盘和右连接盘通过螺栓可拆卸压接在一起；左连接盘的右端面上开设有左卡槽，右连接盘的左端面上开设有右卡槽，左卡槽和右卡槽相对应并组成孔板卡槽；孔板卡槽内卡接有孔板结构；孔板结构包括卡接配合的左孔板和右孔板，左孔板和右孔板的径向外端部卡接在孔板卡槽内，左孔板和右孔板的中部对应开设有气孔，左孔板上的气孔和右孔板上的气孔对应连通并左右贯通左孔板和右孔板；左孔板和右孔板之间压接有由阳极氧化铝薄膜制成的圆形试样；孔板结构将夹持器的内腔分为左腔体和右腔体；所述压力控制系统包括入口压力控制单元和出口压力控制单元；入口压力控制单元包括用于储存天然气的高压气瓶、减压阀、入口压力表和入口调速阀；以气流方向为前向，高压气瓶的出口通过管路由后向前依次连接所述减压阀、入口压力表和入口调速阀；出口压力控制单元包括由后向前依次通过管路相连接的压力真空表、出口调速阀和第一手动阀；抽真空系统包括真空泵，真空泵的吸入口连接有抽真空管路，抽真空管路上设有第二手动阀；压力压差测量系统包括精密压力传感器和压差传感器，压差传感器的一端通过测量管与所述左腔体相连通，压差传感器的另一端通过测量管与所述右腔体相连通；流量测量系统包括并联连接的第一支路、第二支路和第三支路；第一支路上串联连接有第一电磁阀和量程为0~100SCCM的第一质量流量计，第二支路上串联连接有第二电磁阀和量程为0~500SCCM的第二质量流量计，第三支路上串联连接有第三电磁阀和量程为0~5000SCCM的第三质量流量计；稳压系统包括压力缓冲罐和稳压容器，压力缓冲罐通过连通管连接稳压容器，稳压容器连接有用于排空负压的第四电磁阀，压力缓冲罐上设有第一压力传感器和温度传感器；数据采集控制系统包括计算机和与计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淑敏，王登科，陈科，王洪磊，孙刘涛，吕瑞环，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南,41