[發明專利]松散破碎介質多功能滲流實驗裝置

無效

• 申請號: 200810143109.5
• 申請日: 2008-08-27
• 公開（公告）號: CN101358917A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 丁德馨;李廣悅;饒龍;莫永剛;肖猛;陳翔;徐文平
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所
• 代理人: 潘桂英

技術領域

本發明涉及一種用來做松散破碎介質滲流試驗的裝置，特別是一種多功能的用來做松散破碎介質氣液兩相流體滲流試驗的裝置。

背景技術

松散破碎介質是多孔介質的一種，是含有固相的多相系，其它相可以是氣相或液相，固體相稱為固體骨架，其它部分稱為空隙或孔隙，固相遍布整個介質，具有較大的比面，空隙中的許多孔洞相互連通。一般來說，松散破碎介質相對其它多孔介質如土壤、裂隙巖體等，一是顆粒級配分布極不均勻，二是顆粒粒徑較大，三是顆粒間不存在聯結或只存在弱聯結。自然界中松散破碎介質的例子很多，如礦山巖體爆破后形成的礦堆、用于堆石壩、鐵路和公路路基、橋梁墩臺、軟基礎處理和高填方等工程的堆石等。因而，松散破碎介質的滲流問題具有廣泛的應用范圍，是滲流領域的研究熱點之一。根據松散破碎介質的孔隙充填流體的類型可將此類介質的滲流問題分為液體飽和滲流、液體非飽和滲流、氣體飽和滲流和氣液兩相流體滲流。

氣液兩相流體滲流是石油、化工、動力等工業領域常見的流動工況，但氣液兩相流體流量的測量方法卻一直是國際上尚未圓滿解決的問題。氣液兩相流體滲流的研究，是隨著工業技術需要發展起來的，特別是上世紀40年代，由于動力工程、化學工程、石化工程、原子能工程、航天工程及環境工程的興起，氣液兩相流體滲流研究日益受到重視，并形成了一門完整的應用基礎學科。

目前，國內外在松散破碎介質滲流研究領域，開展較多的是關于水和應力的耦合研究。關于松散破碎介質中氣液兩相流體滲流尚無人開展研究，鑒于此，開發一種多功能松散破碎介質氣液兩相流體滲流試驗裝置可以填補這方面研究的空白，具有重大的現實意義。

發明內容

本發明的目的是為研究松散破碎介質氣液兩相流體滲流而提供一種多功能試驗裝置。

本發明的技術方案是：一種松散破碎介質多功能滲流試驗裝置，它包括一個由上筒體和下筒體組成的筒體，上筒體和下筒體之間通過法蘭、連接螺栓連接在一起，在上筒體和下筒體之間還設有密封墊圈。在筒體的筒壁上，從上至下均設有兩排豎立的帶有無孔橡膠塞和有孔橡膠塞的安裝孔，一排豎立的用來安裝張力計，一排豎立的為氣壓測孔，用來安裝氣壓表。筒體的頂端設有一塊帶有回形噴淋管的蓋板，回形噴淋管安裝在蓋板下表面的筒體內，回形噴淋管上設有噴淋孔，蓋板通過連接螺栓和設在筒體頂端的法蘭連接在一起，蓋板和法蘭之間設有密封墊圈，在蓋板的上表面還分別設有測溫口接頭、噴淋管進水口接頭、進水口接頭和進氣口接頭。其中，噴淋管進水口接頭與安裝在蓋板下表面筒體內的回形噴淋管相接，測溫口接頭、進水口接頭和進氣口接頭與筒體內腔相通。在筒體的下端通過連接螺栓和法蘭連接有一個筒體底座，筒體的下端和筒體底座之間設有密封墊圈。筒體底座的上端設有一塊布滿排水孔的隔板，隔板上排水孔的孔徑為1cm、間距為8mm。在隔板上設有一塊過濾網，過濾網為200目的金屬濾網。在筒體內，過濾網的上面布有一層8-15mm厚的光滑卵石，卵石的直徑為3-6mm。在筒體底座的筒壁上部均設有四個出氣口接頭，在筒體底座的筒壁下部均設有四個出水口接頭，以保證實驗過程中進水量較大時排水通暢，不至于對介質的滲透能力產生影響。

本發明進一步的技術方案是：在筒體的內壁設有一層5mm厚的水泥砂漿，水泥砂漿上涂有一層環氧樹脂。在筒體的內壁作此特殊處理，是為了減少筒體內的邊壁效應，因為筒體內光滑的內壁容易產生無規則的小形氣體環流，增加氣體阻力。

本發明再進一步的技術方案是：筒體長度與筒體內徑的半徑之比大于3:1，以保證流體在實驗介質中的流動為一維流動。

本實驗裝置使用的張力計系中科院地理科學與資源研究所生產的DLS-II型張力計，在單相液體非飽和滲流實驗和氣液兩相流體滲流實驗過程中，能有效實現基質吸力測量；使用的氣壓表系韓國生產的KONICS系列氣壓表，配合自制的探頭測量介質內的氣壓，在單相氣體滲流實驗和氣液兩相流體滲流實驗過程中，達到理想效果。

做實驗時，整個實驗裝置置于一臺秤上，通過該臺秤可以監測滲流試驗過程中是否形成了穩態滲流過程。筒體上端蓋板上的進水孔接頭和噴淋管進水口接頭分別連接兩套進水系統。

單相液體飽和滲流實驗過程中，出水管接頭與裝置外的水箱連接，用溢流裝置調節下端水頭，上端用一根與蓋板上進水孔接頭相連的水管來調節水頭。從下端排水孔反向進水，排出裝置中的空氣，直至頂端水管中看得到水面，停止進水。靜置一段時間后，從進水管進水，同時逐漸緩慢地打開四個排水孔，整個過程中，要防止氣體進入裝置，用LZB系列轉子流量計測量出對應時刻水的流量Q，測量試樣兩端對應時刻的壓力差，即可得到對應時刻的水力梯度和滲流速度。