CN206515189U - 纳米尺度气体流动规律实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型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。

Description

纳米尺度气体流动规律实验系统

技术领域

本实用新型涉及页岩气开发技术领域，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。

背景技术

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，为简化研究本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型具有如下的优点：

本实用新型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。使用本实用新型，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。本实用新型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。本实用新型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。

本实用新型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是本实用新型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流体的流动方向。

如图1至图6所示，本实用新型的纳米尺度气体流动规律实验系统包括置于恒温箱8内的夹持器9、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；恒温箱8为现有常规技术，优选采用恒温水浴结构以保持恒温状态，具体结构不再详述。

所述夹持器9包括左罐体51和右罐体52，左罐体51的右端沿径向凸起设有左连接盘53，右罐体52的右端沿径向凸起设有右连接盘54，左连接盘53和右连接盘54通过螺栓可拆卸压接在一起；左连接盘53的右端面上开设有左卡槽55，右连接盘54的左端面上开设有右卡槽56，左卡槽55和右卡槽56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57和右孔板58，左孔板57和右孔板58的径向外端部卡接在孔板卡槽内，左孔板57和右孔板58的中部对应开设有气孔59，左孔板57上的气孔59和右孔板58上的气孔59对应连通并左右贯通左孔板57和右孔板58；左孔板57和右孔板58之间压接有由阳极氧化铝薄膜制成的圆形试样60；其中，左孔板57和右孔板58可以根据实验的设计准备多种不同孔径的型号，不同型号的左孔板57和右孔板58的气孔59的孔径不同。孔板结构将夹持器9的内腔分为左腔体61和右腔体62；根据不同的实验设计，可以制作多种具有不同气孔59孔径的左孔板57和右孔板58。

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1、减压阀2、入口压力表3和入口调速阀4；以气流方向为前向，高压气瓶1的出口通过管路由后向前依次连接所述减压阀2、入口压力表3和入口调速阀4；

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17、出口调速阀18和第一手动阀19；

抽真空系统包括真空泵16，真空泵16的吸入口连接有抽真空管路71，抽真空管路71上设有第二手动阀15；

压力压差测量系统包括精密压力传感器6和压差传感器12，压差传感器12的一端通过测量管72与所述左腔体61相连通，压差传感器12的另一端通过测量管72与所述右腔体62相连通；

流量测量系统包括并联连接的第一支路73、第二支路74和第三支路75；第一支路73上串联连接有第一电磁阀21和量程为0~100SCCM的第一质量流量计24，第二支路74上串联连接有第二电磁阀22和量程为0~500SCCM的第二质量流量计25，第三支路75上串联连接有第三电磁阀23和量程为0~5000SCCM的第三质量流量计26；SCCM是体积流量单位，即标况毫升每分。

稳压系统包括压力缓冲罐31和稳压容器35，压力缓冲罐31通过连通管76连接稳压容器35，稳压容器35连接有用于排空负压的第四电磁阀36，压力缓冲罐31上设有第一压力传感器32和温度传感器33；

数据采集控制系统包括计算机37和与计算机37相连接的信号线路77；

所述夹持器9的左腔体61连通有进气管7，进气管7连接所述入口调速阀4，进气管7上串联连接有第一三通阀5，第一三通阀5的第三个接口连接所述精密压力传感器6，所述精密压力传感器6、压差传感器12、第一至第四电磁阀21、22、23、36、第一至第三质量流量计24、25、26、第一压力传感器32和温度传感器33分别通过所述信号线路77连接所述计算机37；

所述夹持器9的右腔体62连通有出气管13，出气管13连接所述出口压力控制单元的压力真空表17；所述出气管13上设有第二三通阀14，第二三通阀14的第三个接口连接所述抽真空管路71；

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20，所述流量测量系统的气体流出端设有第二四通阀27；

以气流方向为前向，所述第一支路73、第二支路74和第三支路75的后端分别连接所述第一四通阀20的一个接口，第一四通阀20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73、第二支路74和第三支路75的前端分别连接所述第二四通阀27的一个接口，第二四通阀27的第四个接口连接有第三三通阀28，第三三通阀28的另外两个接口分别连接排空管78和稳压进气管79，排空管78上设有第三手动阀29；稳压进气管79连接所述压力缓冲罐31，稳压进气管79上设有第四手动阀30。

所述左孔板57和右孔板58的径向外端部之间通过螺栓压接在一起；从而更紧密地夹持试样60。所述左孔板57的中部向右凸起设有卡台63，所述右孔板58的中部设有与所述卡台63相适配的凹槽64，卡台63卡入所述凹槽64，且所述试样60压接在卡台63与凹槽64的槽底之间。

所述连通管76上设有第五手动阀34。从而在打开第四电磁阀36排空稳压容器35内的负压时，能够通过关闭第五手动阀34使压力缓冲罐31处仍然保持负压状态。压力缓冲罐31容积大于等于5升，稳压容器35的容积大于等于15升。从而在正常实验的气流条件下（正常实验的气流数据在2－5升）能够在系统中保持较为稳定的负压状态。

所述压力真空表17、高压气瓶1、减压阀2、入口压力表3、压力真空表17、各调速阀、各电磁阀、精密压力传感器6、压差传感器12、各质量流量计、压力缓冲罐31、计算机37等均为现有常规装置，具体结构不再详述。

所述卡台63径向外侧的左孔板57的左侧表面开设有环形的左密封槽65，左密封槽65与左连接盘53围成的环形空间内压设有左密封圈66；

所述凹槽64径向外侧的右孔板58的左侧表面设有中间密封槽67，左孔板57与中间密封槽67围成的环形空间内压设有中间密封圈68；

所述凹槽64径向外侧的右孔板58的右侧表面设有右密封槽69，右连接盘54与中间密封槽67围成的环形空间内压设有右密封圈70。

三个密封圈的设置，大大增强了夹持器9的密封性能，从而更好地保证实验的正常进行。

其中，各三通阀和各四通阀一直处于连通状态，因此以下在叙述实验方法时，使用“关闭所有阀门”此类用语时，本领域技术人员容易理解这并不代表三通阀或四通阀能够被关闭。

本实用新型还公开了使用上述纳米尺度气体流动规律实验系统进行常压实验的方法，依次按以下步骤进行：

第一步骤是装样连接步骤，首先关闭所有阀门，将圆形试样60装入夹持器9的左孔板57和右孔板58之间，具体是夹持在卡台63和凹槽64之间；通过螺栓将左孔板57和右孔板58压接在一起，从而夹紧试样60。将左孔板57和右孔板58组成的孔板结构装入孔板卡槽，然后通过螺栓将左罐体51和右罐体52压接在一起，再将进气管7和出气管13分别连接在夹持器9的左右两端，并确保连接处密封良好；

第二步骤是抽真空步骤；首先打开入口调速阀4、出口调速阀18、第一手动阀19、第二手动阀15以及第一至第三电磁阀21、22、23，启动真空泵16对系统进行脱气处理，根据压力真空表17的读数判断是否达到实验的真空度要求，当压力真空表17的读数为0时，关闭入口调速阀4、出口调速阀18、第一手动阀19、第二手动阀15以及第一至第三电磁阀21、22、23，并关闭真空泵16；

第三步骤是调温步骤；调节恒温箱8的温度，将温度调节至实验设定的范围，确保实验系统处于恒温状态；

第四步骤是通气步骤；打开减压阀2、第三手动阀29、第一手动阀19和出口调速阀18，根据精密压力传感器6的示数调节入口调速阀4，将夹持器9的进气压力调节至实验设定的数值；高压气瓶1内的气体通过进气管7进入夹持器9的左腔体61，然后依次通过左孔板57、试样60和右腔体62，由出气管13流出夹持器9；

第五步骤是计量步骤；根据试验的设计要求调节出口调速阀18从而将试样60两侧的气体压差（即左腔体61和右腔体62之间的气体压差）调节至预定值，计算机37持续采集并记录精密压力传感器6传送的压力数据以及压差传感器12传送的压差数据；

根据气体流量的大小，量程大于气体实际流量且量程与气体实际流量最为接近的质量流量计（第一至第三质量流量计中的一个质量流量计）为最匹配质量流量计，打开最匹配质量流量计所在支路上的电磁阀（第一至第三电磁阀中的一个电磁阀），从而通过第一或第二或第三质量流量计精确测定常压条件以及特定压差条件下的气体质量流量，气体通过流量测量系统后通过第三三通阀28和排空管78以及第三手动阀29后排出；计算机37持续采集并记录质量流量计传送的气体流量数据；待气体流量稳定不变后，计算机37记录稳流状态下的压力数据、压差数据和气体流量数据，完成一次常压特定压差下的实验；

重复进行第五步骤并在每次进行第五步骤时，通过调节出口调速阀18从而将试样60两侧的气体压差调节至不同的预定值，完成常压不同压差状态下纳米尺度气体流动规律实验；第五步骤的重复次数由实验的设计者预先确定。

实验完成后，以气流的方向为前向，由后向前依次关闭所有阀门（这样可以保证关闭后系统内处于常压状态），完成一次完整的试样实验；

第六步骤是更换具有不同大小孔径的试样60（即不同孔径的阳极氧化铝薄膜），从而模拟不同孔隙条件，重复第一至第五步骤，完成不同孔隙条件下的纳米尺度气体流动规律实验。

实验过程中通过计算机37实时观测采集、记录实验数据，保证记录的数据精确可靠，从而减少人为读数对实验结果造成的误差。

本实用新型的实验方法步骤简便，能够通过简单的重复，进行不同压差条件和不同孔隙条件下的常压实验，实验效率较高。

本实用新型还公开了使用上述纳米尺度气体流动规律实验系统进行负压实验的方法，依次按以下步骤进行：

第一步骤是装样连接步骤，首先关闭所有阀门，将圆形试样60装入夹持器9的左孔板57和右孔板58之间，（具体是夹持在卡台63和凹槽64之间；）通过螺栓将左孔板57和右孔板58压接在一起，从而夹紧试样60。将左孔板57和右孔板58组成的孔板结构装入孔板卡槽，然后通过螺栓将左罐体51和右罐体52压接在一起，再将进气管7和出气管13分别连接在夹持器9的左右两端，并确保连接处密封良好；

第二步骤是抽真空步骤；首先打开入口调速阀4、出口调速阀18、第一手动阀19、第二手动阀15、第一至第三电磁阀21、22、23、第四手动阀30和第五手动阀34，启动真空泵16对系统进行脱气处理，根据压力真空表17的读数判断是否达到实验的真空度要求，当压力真空表17的读数达到预设的负压时，关闭入口调速阀4、出口调速阀18、第一手动阀19、第二手动阀15、第四手动阀30、第五手动阀34以及第一至第三电磁阀21、22、23；关闭真空泵16；

第三步骤是调温步骤；调节恒温箱8的温度，将温度调节至实验设定的范围，确保实验系统处于恒温状态；

第四步骤是通气步骤；打开减压阀2，根据精密压力传感器6的示数调节入口调速阀4，将夹持器9的进气压力调节至实验设定的范围，高压气瓶1内的气体通过进气管7进入夹持器9的左腔体61，然后依次通过左孔板57、试样60和右腔体62，由出气管13流出夹持器9；

第五步骤是计量步骤；根据试验的设计要求调节出口调速阀18从而将试样60两侧的气体压差（即左腔体61和右腔体62之间的气体压差）调节至预定值，计算机37持续采集并记录精密压力传感器6传送的进口处压力数据以及压差传感器12传送的压差数据；

打开第一手动阀19、第四手动阀30和第五手动阀34，根据气体流量的大小，量程大于气体实际流量且量程与气体实际流量最为接近的质量流量计为最匹配质量流量计，打开最匹配质量流量计所在支路上的电磁阀，从而通过第一或第二或第三质量流量计精确测定负压条件以及特定压差条件下的气体质量流量，气体通过流量测量系统后通过第三三通阀28、第四手动阀30进入压力缓冲罐31，接着通过连通管76进入稳压容器35；计算机37持续采集并记录质量流量计传送的气体流量数据、第一压力传感器32传送的压力缓冲罐31压力数据以及温度传感器33传送的温度数据；待气体流量稳定不变后，计算机37记录稳流状态下的进口处压力数据、压力缓冲罐31压力数据、压差数据和气体流量数据，完成一次负压特定压差下的实验；

重复进行第五步骤并在每次进行第五步骤时，通过调节出口调速阀18从而将试样60两侧的气体压差调节至不同的预定值，完成负压不同压差状态下纳米尺度气体流动规律实验；第五步骤的重复次数由实验的设计者预先确定。

关闭除第五手动阀34以外的其他阀门，然后打开第四电磁阀36，排空压力缓冲罐31及稳压容器35内部的气体，完成一次完整的试样实验；

第六步骤是更换具有不同大小孔径的试样60（即不同孔径的阳极氧化铝薄膜），模拟不同的孔隙条件，重复第一至第五步骤，完成不同孔隙条件、负压条件下的纳米尺度气体流动规律实验。

实验过程中通过计算机37实时观测采集、记录实验数据，保证记录的数据精确可靠，从而减少人为读数对实验结果造成的误差。

本实用新型的实验方法步骤简便，能够通过简单的重复，进行不同压差条件和不同孔隙条件下的负压实验，实验效率较高。

本实用新型还公开了使用上述纳米尺度气体流动规律实验系统进行相同压差条件下不同稀薄程度气体实验的方法，依次按以下步骤进行：

第一步骤是装样连接步骤，首先关闭所有阀门，将圆形试样60装入夹持器9的左孔板57和右孔板58之间，（具体是夹持在卡台63和凹槽64之间；）通过螺栓将左孔板57和右孔板58压接在一起，从而夹紧试样60。将左孔板57和右孔板58组成的孔板结构装入孔板卡槽，然后通过螺栓将左罐体51和右罐体52压接在一起，再将进气管7和出气管13分别连接在夹持器9的左右两端，并确保连接处密封良好；

第二步骤是抽真空步骤；首先打开入口调速阀4、出口调速阀18、第一手动阀19、第二手动阀15以及第一至第三电磁阀21、22、23，启动真空泵16对系统进行脱气处理，根据压力真空表17的读数判断是否达到实验的真空度要求，当压力真空表17的读数为0时，关闭入口调速阀4、出口调速阀18、第一手动阀19、第二手动阀15以及第一至第三电磁阀21、22、23，并关闭真空泵16；

第三步骤是调温步骤；调节恒温箱8的温度，将温度调节至实验设定的范围，确保实验系统处于恒温状态；

第四步骤是通气步骤；打开减压阀2、第三手动阀29、第一手动阀19和出口调速阀18，根据精密压力传感器6的示数调节入口调速阀4，将夹持器9的进气压力调节至实验设定的数值；高压气瓶1内的气体通过进气管7进入夹持器9的左腔体61，然后依次通过左孔板57、试样60和右腔体62，由出气管13流出夹持器9；

第五步骤是计量步骤；根据试验的设计要求调节出口调速阀18从而将试样60两侧的气体压差（即左腔体61和右腔体62之间的气体压差）调节至预定值，计算机37持续采集并记录精密压力传感器6传送的压力数据以及压差传感器12传送的压差数据；

根据气体流量的大小，量程大于气体实际流量且量程与气体实际流量最为接近的质量流量计为最匹配质量流量计，打开最匹配质量流量计所在支路上的电磁阀，从而通过第一或第二或第三质量流量计精确测定常压条件以及特定压差条件下的气体质量流量，气体通过流量测量系统后通过第三三通阀28和排空管78以及第三手动阀29后排出；计算机37持续采集并记录质量流量计传送的气体流量数据；

在第五步骤的进行过程中，不断调节出口调速阀18，保持第五步骤进行当中试样60两侧的气体压差保持不变；

待气体流量稳定不变后，计算机37记录稳流状态下的压力数据、压差数据和气体流量数据，完成一次常压恒定压差下的实验；

重复进行第五步骤并在每次进行第五步骤时，通过调节入口调速阀4，将夹持器9的进气压力调节至不同的预定值，完成常压下恒定压差状态下不同稀薄程度气体在纳米尺度中的流动规律实验；在压差恒定的条件下，夹持器9的进气压力越低，则通过试样60的气体就越稀薄。第五步骤的重复次数由实验的设计者预先确定。

实验完成后，以气流的方向为前向，由后向前依次关闭所有阀门（这样可以保证关闭后系统内处于常压状态），完成一次完整的试样实验；

第六步骤是更换具有不同大小孔径的试样60（即不同孔径的阳极氧化铝薄膜），重复第一至第五步骤，完成不同孔隙条件、恒定压差下不同稀薄程度气体在纳米尺度中的流动规律实验。

实验过程中通过计算机37实时观测采集、记录实验数据，保证记录的数据精确可靠，从而减少人为读数对实验结果造成的误差。

本实用新型的实验方法步骤简便，能够通过简单的重复，进行不同进气压力条件、恒定压差条件和不同孔隙条件下的常压实验，模拟不同稀薄程度的气体环境，实验效率较高。

本实用新型为页岩气开发等提供了室内实验测定的条件，通过本实用新型测得的纳米孔隙气体流动规律可以应用到现场页岩气开采中，为页岩气开采提供依据。

本实用新型中的“左”、“右”以及“前”、“后”等方向的限定，仅为表述技术特征的相对位置方便之用，不作为对本实用新型结构的具体限定。本领域技术人员均应理解，各具体部件在空间上的关系，可以在本实用新型的基础上作任意旋转、对称等设置，均不影响本实用新型功能的正常实现，这种方向上显而易见的变换，以及其它对本实用新型中技术特征进行的等同替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

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。

2.根据权利要求1所述的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：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。

3.根据权利要求1或2所述的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：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。

4.根据权利要求2所述的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：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。