纳米阵列中气体驱替液体的流动特征

作     者：宋付权 胡箫 朱根民 朱维耀 Song Fuquan;Hu Xiao;Zhu Genmin;Zhu Weiyaoy

作者机构：浙江海洋大学石化与能源工程学院浙江舟山316022 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2018年第50卷第3期

页      面：553-560页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金(11472246) 国家重大专项(2017ZX05072005)资助项目 

主　　题：纳米阵列 气驱水流动 微纳米流动 毛细管力 

摘      要：纳米尺度下气体驱动液体流动特征在纳流控芯片及页岩气开发中具有广泛的应用前景.利用管径规格为292.8 nm,206.2 nm,89.2 nm,67.0 nm,26.1 nm的氧化铝膜为纳米阵列,进行气驱水实验和单相气体流动实验,分析纳米尺度下气驱水流动特征.实验表明,纳米阵列中气驱水时气体流量随驱动压力变化经历三个阶段:第一阶段流量缓慢增大,且比单相气体流量降低约一个数量级;第二阶段纳米阵列中的水被大量驱替出,流量迅速增大;第三阶段纳米阵列中的水全部被驱替出,流动特征与单相气体流动保持一致.分析表明,气驱水第一阶段存在气液界面毛细管力的钉扎作用及固液界面相互作用力的影响,是产生非线性流动的主要原因;而一旦钉扎作用破坏,气体进入管道推动界面运动,气柱与液柱之间的毛细曲面曲率变化,毛细管力减小,气体流量急剧增大,其中毛细管力随驱替压力增大急剧变化,是造成第二阶段气体流量突变的主要原因.