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专利号: 2024101973971
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于3D打印微流控芯片的油纸绝缘多场多相流试验方法,其特征在于:所述3D打印微流控芯片包括:若干相同的实验区域;

所述实验区域包括:

多孔结构区,用于对应变压器绕组外部包裹的绝缘纸;

油隙区,用于模拟变压器不同电压绕组间的油隙;

铜电极孔,用于放置铜电极;

热电偶孔,用于放置热电偶探头;

流道接口,用于流进油隙和流出油隙;

所述热电偶孔和流道接口分布在油隙区;

所述多孔结构区与油隙区相邻;

所述铜电极孔分布在油隙区两侧;

该方法包括以下步骤:

采用微焦点X‑CT对单张绝缘纸页进行扫描,根据X‑CT的最高分辨率确定扫描样品的尺寸,扫描得到绝缘纸微孔隙结构的一系列断层扫描图;

采用Avizo软件,基于绝缘纸孔隙的断层扫描图,进行纸页微孔隙结构的三维重构,得到三维结构体;

在得到的三维结构体中,提取出中间核心部分且未变形的三维区域结构,用作微流控芯片3D孔隙结构的打印复现目标区域;

所述多孔结构区与所述打印复现目标区域匹配并进行3D打印而成;

使用Solidworks软件完成所述微流控芯片的三维模型,生成三维STL文件格式;

将STL格式的文件导入到3D打印机的控制软件中,设置流道平行于z方向为打印方向,并通过分层切片操作得到微流控芯片打印流程的控制代码;

将耐高温树脂装入3D打印机,设置z向分层打印厚度,并启动3D打印机,根据所述微流控芯片打印流程的控制代码打印微流控芯片;

取下打印完成的微流控芯片,置于超声波清洗器中,用无水乙醇进行超声波清洗8~

12min;

使用注射器吸取适量去离子水,冲洗微流控芯片的外表面和流道,直到流道畅通无阻塞,将微流控芯片置于烘箱中烘干;

烘干后,将微流控芯片置于紫外线固化箱中,使用405nm紫外光二次固化微流控芯片,每照射2~5min检查一次,直到微流控芯片完全固化;

将铜电极和热电偶探头分别插入铜电极孔和热电偶孔,并用透明密封胶对缝隙进行封堵;

对流道壁面进行纤维处理;

对应连接微流控芯片上的铜电极、热电偶探头和流道接口,模拟绕组间的工作状态。

2.根据权利要求1所述的油纸绝缘多场多相流试验方法,其特征在于:所述对流道壁面进行纤维处理具体为:将整个流道使用体积百分浓度为1%的TWEEN‑20溶液清洗30min以上,以提高流道壁面的亲水性;

称取10g微晶维素加入到10ml质量百分浓度为64%的H2SO4溶液中,搅拌使纤维素分散均匀,然后再在45℃水浴中搅拌2~5min后,加大量的去离子水终止反应;随后进行3次离心清洗,去除残余的硫酸,然后使用透析的方式完全除去硫酸及其他多余的离子,将酸解后的纤维素使用细胞破碎仪50W超声处理1min得到微纤维素悬液,并将其以100mg/L分散于去离子水中,制备成纤维素溶液;

通过压力泵将上述纤维素溶液通入流道,控制压力泵的压力,使纤维素溶液以5μL/min的速度在流道中通流10~30min,使溶液中的纤维充分吸附至流道壁面,形成类似于绝缘纸纤维之间的微毛细管环境;

将处理后的微流控芯片放入烘箱中烘干。

3.根据权利要求1所述的油纸绝缘多场多相流试验方法,其特征在于:所述对应连接微流控芯片上的铜电极、热电偶探头和流道接口,模拟绕组间的工作状态具体为:将微流控芯片上的铜电极连接至交流电压源,根据电极间距离及所需场强,设置电压源输出电压的大小,模拟绕组间的电场环境;

将铜电极连接至交流电流源,结合热电偶温度显示,通过调节电流大小控制微流控芯片内部的温度,模拟绕组间的温度场环境;

将两个流道接口连接循环泵,设置一定的循环流速,模拟变压器绕组间油隙中的纵向流场,并在多孔结构区域外部产生一定的流体压强;

将微流控芯片置于振动台上,模拟变压器油铁芯振动造成的绕组振动。

4.根据权利要求1所述的油纸绝缘多场多相流试验方法,其特征在于:所述对应连接微流控芯片上的铜电极、热电偶探头和流道接口,模拟绕组间的工作状态后还包括:采用激光共聚焦显微镜观察绕组间的工作状态下,多孔介质内部的油、气和水三相流的变化特性。