[發明專利]一種單裂隙中的剪切-兩相流實驗盒、系統和方法

有效

• 申請號: 201810354877.9
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108802329B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;王辰;王長盛;黃娜
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 朱昀

本申請公開了一種單裂隙中的剪切?兩相流可視化實驗盒、系統和方法，其中實驗盒包括：底座：兩個對置的用以固定在底座上的第一側壁，其中的一個第一側壁上設有注氣孔和注水孔，另一個第一側壁上設有用以氣水流出的氣水排出孔；兩個對置的第二側壁，第二側壁通過第二底部翼緣以可朝第二方向移動的方式固定在底座上；頂板；夾持調節件，其用以調解第二側壁對第一側壁的夾持程度；輔助固定件，其與底座固定連接，其端面與第一側壁平行；移動調節件，包括用以與第一側壁的側向翼緣固定連接的第一端部，和用以與輔助固定件的端面連接的第二端部，通過調解第二端部與輔助固定件的相對位置，實現對第一移動側壁沿第一方向的調節。

技術領域

本公開涉及巖土工程測量技術領域，具體涉及一種單裂隙中的剪切-兩相流實驗盒、系統和方法。

背景技術

在多種工程背景中，裂隙巖體中的多相流動都是一個重要的研究課題，如油氣資源開發中的油-氣-水多相流動，煤層氣開采中的氣-水兩相流動，二氧化碳地質封存中的超臨界二氧化碳-水-氣態二氧化碳的多相流動，地熱資源開發中的高溫液態水和水蒸氣的兩相流動等。由于兩相流動問題自身的復雜性，至今尚無一個通用的方程能精確描述所有的兩相問題，因此基于實驗獲得的經驗或半經驗方程仍然是刻畫兩相流動問題的重要手段；可以說，對兩相流動機理的認知的加深，很大程度上依賴于實驗手段的進步。而裂隙中的氣液兩相流動更加復雜，裂隙的粗糙度、開度、剪切位移等參數對流動特性有重要影響。

目前已有一些學者設計或開發了部分兩相流實驗裝置。中國專利號為CN201510906972.1的發明專利公開了一種“裂隙巖體可視化實驗裝置”，提供了一種在T型裂隙結構中進行兩相流實驗的方案。這種T型裂隙結構本身是裂隙網絡中的一個單元，即兩條單裂隙交叉形成的裂隙組合。豎向裂隙中的兩相流體的流動受到重力和浮力的影響，與水平方向裂隙中的流動特性會有明顯不同；這樣就增加了影響流動的因素，故而增加了從監測數據(壓力、流量、流型圖像等)中分析不同因素對流動的影響作用的難度。中國專利號為CN201710432090.5的發明專利公開了“一種裂隙網絡兩相流實驗裝置及方法”，提供了一種在裂隙網絡中開展兩相流實驗的裝置，并提供了一種有效處理油水兩相混合物的方法。然而，單裂隙中的兩相流動本身已經受到諸多因素的影響，如水氣比、裂隙開度、裂隙粗糙度等；在裂隙網絡中，又增加了表征裂隙網絡結構的各類參數的影響，使實驗中的影響因素增多，增加了區分不同因素的影響作用的難度。由此可見，研究單裂隙中兩相流動特性的實驗設備的開發仍然是有必要的。在單裂隙的兩相流實驗裝置方面，斯坦福大學的Diomampo在其碩士學位論文中設計的實驗系統較為成熟。其核心設備為兩相流動盒，在其內部可以放置一塊光滑或粗糙的透明裂隙板，通過可視化手段觀察流動形態。然而其粗糙裂隙是通過在光滑裂隙上粘結不同直徑的不銹鋼絲來實現的，與真實的粗糙裂隙面的形態會有較大的不同；另外，兩塊裂隙試件由于剪切錯動導致的裂隙開度分布形態的變化，對流動也會產生重要影響，而該兩相流動盒中只能放置一塊裂隙試件，無法模擬兩塊裂隙試件產生不同開度、不同剪切位移的情況。

此外，目前已有的其他兩相流實驗設備主要存在以下問題：(1)密封困難或密封過程繁瑣。目前的流體流動實驗中采用的密封方式主要有兩種：一種是機械密封，即采用施加機械壓力的方式來壓緊試件和箱體；這種方式的操作較為便捷，節省時間，但密封效果欠佳，在機械結合部位容易漏水。另一種是采用密封膠來密封，即將關鍵部位用強力膠密封起來，即每次裝配試件時都要涂膠，等待密封膠形成強度以后方能開展實驗，在更換下一個試件時要先徹底清除上一次實驗留下的密封膠，然后重新涂膠密封。這種方式密封效果較好，但操作繁瑣，耗費時間和實驗成本。(2)不能實現試件的剪切錯動，即無法模擬自然條件下的裂隙在剪切錯動的條件下形成的裂隙開度分布。

發明內容

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種單裂隙中的剪切-兩相流實驗方案。

第一方面，本申請實施例提供了一種單裂隙中的剪切-兩相流可視化實驗盒，包括：

底座，其具有用以承托試件的矩形凸臺；