用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验装置及方法

本发明属于多相流，特别涉及一种用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验装置及方法。

背景技术：

1、含气泡的流体，是医学、化工、生物技术等技术领域中常见的气液两相流；解释性地，在上述这种气液两相流中，气泡的稳定结构一般由溶液中的活性物质维持；在复杂网络中流动时，气泡会表现出粘弹性，有时甚至呈现出气液界面分裂的塑性特性。

2、具体示例解释性地，在医学领域中，栓塞疗法是一种潜在的治疗多种癌症的方法，它将白蛋白包裹的全氟碳液滴注射到血液中，并在肿瘤微循环附近的理想位置利用高强度超声选择性汽化血管内的全氟碳液滴，形成比原液滴直径大120～150倍的气泡，气泡在血管内流动并在合适位置滞留，阻塞目标部位的小动脉或毛细血管，限制肿瘤的血液供应，从而有效抑制肿瘤细胞的生长。上述示例中，涉及的血液流动动脉和毛细血管均为柔性的多分支网络，含气泡的两相流体在这种柔性的多分支网络中会发生复杂的流变行为，这种流变行为会影响机体的健康和栓塞疗法的有效性。进一步解释性地，不同于传统的刚性微通道，血管网络是一个复杂的柔性多分支网络(解释性地，血管壁含有丰富的弹性纤维，具有可扩张性和弹性)，这也意味着气泡在柔性通道中的结构与在普通刚性微通道中有很大区别，气泡对液相流体的调控效应也不尽相同。

3、对于多分支通道内气泡的演变和动力学研究，目前多集中于不同的通道形式，并且分叉通道多为对称结构。对于更复杂的模拟通道，为了便于实验观察，通道截面普遍为方形，这对于理解气泡在电子设备、电极、多孔岩石等具有不规则截面的微通道中的流动行为具有一定的借鉴，但这均不同于血管这种柔性的管状通道，气泡在这种通道中的形态也显著不同于其在方形截面的通道。为了更好地认识含气泡的两相流体在复杂柔性微通道系统中的流动，需要综合探索气泡在不同形式柔性分支通道中的行为方式及其对通道内液相流动的影响，进而掌握不同参数气泡对液相流动的调控作用；因此，亟需一种新型的用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案，能够产生尺寸精确的气泡，开展不同柔性多分支通道中气泡对液体流量的调控研究，能够获得准确的实验结果。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明第一方面，提供一种用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验装置，包括：第一储液箱、气泡发生装置、柔性多分支通道、第二储液箱和数据监测采集装置；其中，

4、所述第一储液箱的出口经第一连通管道与所述柔性多分支通道的进口相连通，所述柔性多分支通道的出口经第二连通管道与所述第二储液箱的进口相连通；所述柔性多分支通道设置有不同结构及截面大小的分支通道；

5、所述气泡发生装置用于产生预设尺寸的实验气泡；所述气泡发生装置的气泡出口与所述第一连通管道相连通；所述第一连通管道设置有用于流体添加的第一泵；

6、所述数据监测采集装置用于在实验过程中，采集记录柔性多分支通道两端的流体压差波动、实验气泡在柔性多分支通道中的结构变化以及实验气泡对柔性多分支通道内液体流量的调节数据。

7、本发明的进一步改进在于，所述气泡发生装置包括第三储液箱、第二泵、第一电磁阀、气体压力控制器、储气瓶、气泡产生通道和第二电磁阀；其中，

8、所述第三储液箱经液体连通管路与所述第一电磁阀的进口相连通，所述第一电磁阀的出口设置有气泡产生通道，所述气泡产生通道的末端设置有气泡出口；其中，所述液体连通管路上设置有阀门和第二泵；

9、所述储气瓶经气体连通管路与所述第二电磁阀的进口相连通，所述第二电磁阀的出口与所述气泡产生通道相连通；其中，所述气体连通管路上设置有气体压力控制器。

10、本发明的进一步改进在于，所述气泡产生通道上设置有观察部。

11、本发明的进一步改进在于，所述数据监测采集装置包括：

12、图片采集装置或视频采集装置，用于采集记录实验气泡在柔性多分支通道中的结构变化以及实验气泡对柔性多分支通道内液体流量的调节数据；

13、压差传感器，用于采集记录柔性多分支通道两端的流体压差波动；

14、数据采集器，用于记录实验过程数据。

15、本发明的进一步改进在于，所述图片采集装置或所述视频采集装置的数量为多个，分别用于设置于所述柔性多分支通道的多个预设方位。

16、本发明的进一步改进在于，所述第一连通管道和所述柔性多分支通道均为透明管道。

17、本发明的进一步改进在于，所述第一连通管道为柔性通道。

18、本发明的进一步改进在于，所述柔性多分支通道中，每个分支通道均设置有液体流量控制器。

19、本发明第二方面，提供一种用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验方法，基于本发明第一方面所述的实验装置，所述实验方法包括以下步骤：

20、打开第一泵，使实验液体充满第一连通管道、柔性多分支通道和第二连通管道；

21、使用气泡发生装置产生实验所需大小及数量的实验气泡，并将实验气泡注入第一连通管道内；

22、实验气泡经第一连通管道随实验液体进入柔性多分支通道，观察实验气泡在柔性多分支通道中的行为方式及对柔性多分支通道内液体的调节方式，记录柔性多分支通道中每个分支通道内液体的流量。

23、本发明的进一步改进在于，所述实验装置中，所述气泡发生装置包括第三储液箱、第二泵、第一电磁阀、气体压力控制器、储气瓶、气泡产生通道和第二电磁阀；其中，所述第三储液箱经液体连通管路与所述第一电磁阀的进口相连通，所述第一电磁阀的出口设置有气泡产生通道，所述气泡产生通道的末端设置有气泡出口；其中，所述液体连通管路上设置有阀门和第二泵；所述储气瓶经气体连通管路与所述第二电磁阀的进口相连通，所述第二电磁阀的出口与所述气泡产生通道相连通；其中，所述气体连通管路上设置有气体压力控制器；

24、所述实验方法中，使用气泡发生装置产生实验所需大小及数量的实验气泡，并将实验气泡注入第一连通管道内的步骤包括：

25、开启液体连通管路上的阀门及第二泵；

26、打开储气瓶，使实验气体通过气体连通管道输送至第二电磁阀，通过气体压力控制器控制气体的输送压力，控制第二电磁阀的开启时间，得到不同尺寸的单个气泡并输送至气泡产生通道；气泡产生后，被气泡产生通道中的流体输送至第一连通管道内。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供了一种用于调节柔性多分支通道中液体流量的实验装置，能够产生尺寸精确的气泡，可支撑开展不同柔性多分支通道中不同尺寸气泡对液体流量的调控研究，且能够获得准确的实验结果；进一步解释性地，通过本发明实验装置可探索不同尺寸气泡在不同形式的柔性分支通道中的行为方式及其对通道内液相流动的影响，进而掌握不同参数气泡对液相流动的调控作用。本发明中，多分支通道为类似血管的柔性管状通道，可以更好地认识含气泡的两相流体在复杂柔性微通道系统中的流动。

29、本发明中，使用气泡发生器通过控制气体的输送压力及电磁阀的开启时间，可得到尺寸较精确的单个或连续气泡，可以在实验过程中观察气泡的形状及大小。