[發明專利]一種多孔材料多場耦合滲透率測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201610127501.5
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105784561B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 汪焰恩;車煜;魏慶華;楊明明;李欣培;柴衛紅;王淑志
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種多孔材料多場耦合滲透率測量裝置及其測量方法，測量裝置包括外筒、內筒、端蓋；待測多孔材料將內筒內腔分為進液腔和排液腔，在進液腔中安放有三組液位指示裝置，當液面達到上側液位指示裝置時，停止液體加入，控制系統根據中側和下側液位指示裝置返回值來進行時間的測量和完成自動加水功能。內筒和外筒之間的保溫腔起到了保溫隔熱效果，可以在溫度測量時使誤差減至最小。多孔材料上端進液腔安裝有溫度傳感器，可以精確的測出實時溫度，當溫度低于設定溫度時，控制系統在裝置外界液體容器中對通過進液管道流入進液腔的液體加熱，使溫度始終能夠達到設定溫度，從而做到了綜合考慮耦合場下對多孔材料的滲透性能測量。

技術領域

本發明涉及一種多孔材料多場耦合滲透率測量裝置及測量方法。特別是針對流場、溫度場耦合下人工骨支架滲透率的測量裝置和測量方法。

背景技術

目前，滲透率測量主要集中用于煤巖、沙土、巖石領域，測量方法主要基于常水頭和變水頭測量原理，鉆孔常水頭注水試驗適用于地下水位以下滲透性較強的巖土層，變水頭注水試驗適用于地下水位以上、滲透性不大的巖土層。依此原理發明的測量儀測量精度低，操作繁瑣，速度慢。隨著多孔支架在生物醫學領域的應用和推廣，評價生物多孔支架材料的滲透性能優劣也愈發重要。在組織工程中，支架材料的孔徑尺寸和孔隙率可以影響種子細胞的增殖和活性，更大的孔徑尺寸有利于新生組織的生長，而高孔隙率也為細胞提供了更大的擴增和遷移空間。因此，孔徑尺寸和孔隙率一直以來被認為是支架材料的重要結構參數，滲透率測量儀則是測定多孔材料滲透系數的一種儀器。而對于血清蛋白等營養液在體溫(37度)下相對于多孔材料支架的滲透系數評定也愈發重要，它的測量值是生物多孔支架材料在骨移植術后成活的關鍵評價指標，因此，多孔支架材料滲透率測量儀器的發明在生物醫學組織工程領域具有重要意義。

變水頭法測定的多孔材料滲透系數的液體滲流必須滿足層流條件。該方法測定多孔材料滲透系數的測定儀器仍需在以下兩方面進行改進：

(1)由于沒有考慮溫度場對滲透系數的影響，故滲透液體的動力粘度系數必然造成測量不出不同溫度下的多孔材料的滲透系數，僅能從宏觀測量近似反映不同溫度滲流液體的滲透系數；

(2)由于主觀人為方法獲取滲透系數的測量變量，因此測量變量相對多，且滲透系數操作和計算并不簡便。其裝置測量變量可以減少，操作方法和儀器本身有待改進。

常水頭試驗方法中水頭差容易測量但易波動，且該測量儀器也相對復雜，系統對外界環境變化敏感；其次，該方法操作復雜，需要很多輔助測量裝置協作完成，因此測量多孔材料滲透率較耗時間，并且此方法同樣未考慮溫度因素對多孔材料滲透率的影響。

2011年11月2日公開的實用新型專利CN202024947U公開了一種多孔材料流—固—熱多場耦合滲透率測量裝置，此方法需要安裝溫度傳感器、壓力傳感器、微流量傳感器，測量的變量較多，容易產生較大的誤差，而且操作不便，對于生物骨支架滲透率的精確測量更是很難完成。2005年09月21日公開的實用新型專利CN2727731公開了一種多功能道路材料滲透測定儀，首先他利用水箱和測試容器的壓差來維持進液，這樣就不能保證精確的流量，其次利用天平測量滲流出的水的質量，如此造成誤差傳遞，影響測量精度。2015年03月18日公開的實用新型專利CN204214748U公開了鉆井泥餅滲透率測量裝置，實現了對薄軟泥餅的滲透率測量。上述發明儀器均未考慮溫度變化對多孔材料滲透率的影響。實際上溫度的變化直接影響多孔介質的微觀結構，這樣直接影響滲透率測量的準確性。對于多孔材料在溫度和壓力耦合條件下的低滲透率測量已引起該領域學者關注。對于生物多孔支架在溫度和流場耦合條件下的滲透率測量未有報道。

發明內容

本發明的目的是，針對現有多孔材料滲透率測量在多場耦合場的條件下，未考慮溫度變化對滲透性能影響的不足，提供一種新的多孔材料多場耦合滲透率測量裝置及其測量方法。

本發明的技術方案為：