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基于3D打印微流控芯片的油纸绝缘多场多相流试验方法 

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摘要:本发明涉及一种基于3D打印微流控芯片的油纸绝缘多场多相流试验方法,属于工程电介质领域。根据绝缘纸微观微孔隙网络结构,采用3D打印技术制备含绝缘纸多孔结构、铜电极、油循环通道的微流控芯片,模拟变压器绕组‑绝缘纸‑油隙的基本单元结构;结合外界电压源、电流源、小型循环泵、振动台,模拟变压器主绝缘区域的电场、温度场、流场、振动的多物理场可控工况,用于观测绝缘纸微米级孔隙中的绝缘油、微水、气泡所对应的油、气、水三相流特性,进而开展油纸绝缘气泡效应、微水迁移特性等油纸绝缘相关的电介质流体微米级别的显微实验研究。本发明具有微米尺度可视化、小型化、所需电压电流低、实验条件改变快、油样消耗少的优点。

主权项: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。

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