3D打印微流體技術(shù)助OIST為石油工業(yè)每年節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元

近日，沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院（OIST）的研究人員與利物浦大學(xué)的研究小組合作，實(shí)現(xiàn)了最新的突破。研制的3D打印微流體裝置可以用來(lái)研究液體在流動(dòng)時(shí)或在彎曲路徑周圍流動(dòng)的行為，以及如何減少形成的渦流以提高流體泵送過(guò)程的效率。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，“Newtonian”流體就像水一樣，流動(dòng)得非?？?，或者沿著一條曲線的路徑移動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中往往會(huì)形成旋渦。這些旋渦的形成增加了液體移動(dòng)時(shí)的“拖曳力”，這意味著需要更多的能量來(lái)將流體沿期望的方向移動(dòng)。這在一定程度上需要支出額外的能源成本。在諸如輸油管道或下水道管道等大型基礎(chǔ)設(shè)施中，需要額外的輸入功率來(lái)產(chǎn)生足夠的壓力來(lái)泵送流體，這意味著該過(guò)程比其他方式更昂貴。

早在20世紀(jì)40年代，工業(yè)抽油系統(tǒng)的一個(gè)解決這個(gè)問(wèn)題的方法是向油中添加少量的聚合物。這意味著漩渦的強(qiáng)度降低了，所以油將以相同的速度流動(dòng)，而且泵送壓力降低，從而節(jié)省能源和成本。盡管此方法有效，但仍然存在許多問(wèn)題，關(guān)于聚合物如何在物理層面上工作。

為了進(jìn)一步探索這個(gè)問(wèn)題，研究人員使用了3D打印的“微流體”裝置，一小塊含有一對(duì)微觀穿越通道的玻璃，這些通道的寬度并不比人的頭發(fā)寬。在顯微鏡下，他們可以看到極端細(xì)節(jié)形成的渦旋，追蹤它的運(yùn)動(dòng)，看看加入少量聚合物如何改變流體的運(yùn)動(dòng)方式。在流體中僅需要百萬(wàn)分之一的聚合物，以幫助其更流暢地流動(dòng)。

OIST團(tuán)隊(duì)在利物浦的合作者創(chuàng)建了微流體實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模擬，以便準(zhǔn)確理解聚合物分子引入對(duì)流動(dòng)的影響?！霸谀M的幫助下，我們能夠清楚地顯示出聚合物在流動(dòng)的特定區(qū)域中的伸展位置，以及它如何抑制渦流的形成?！監(jiān)IST的Micro / Bio / Nanofluidics Unit領(lǐng)導(dǎo)者Simon Haward博士說(shuō)。

3D打印的微流體研究的發(fā)現(xiàn)可以在許多不同的領(lǐng)域中有廣泛的潛在應(yīng)用。除了幫助優(yōu)化石油工業(yè)或污水處理廠的抽水基礎(chǔ)設(shè)施，醫(yī)療人員還可以使用它來(lái)改善心臟病患者的血液循環(huán)。

來(lái)源：3D虎
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