[發明專利]一種多物理場耦合微觀滲流實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910451146.0
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110174339A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 彭維紅;趙棟輝;張薇;董萱;曹國華;杜夢琳;程紅梅;趙慧明;張志鎮
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

1.一種多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，其特征在于：它由流體產生實驗系統、流場顯示與圖像數據采集系統、流體回收系統組成，其中，流體產生實驗系統包括液囊/氣囊、注射泵，流場顯示與圖像數據采集系統包括一支架及由上而下固定其上的滲流試驗樣品、激光發射器、二分鏡、高速攝像機、倒置光學顯微鏡，流體回收系統包括一水箱；所述液囊/氣囊、注射泵、滲流試驗樣品、水箱之間通過硅膠管相連接；所述注射泵、激光發射器、高速攝像機通過數據線與計算機相連接。

2.根據權利要求1所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，其特征在于：流體產生試驗系統由液囊/氣囊、注射泵、硅膠管、電磁閥、輸入壓力表和輸入流量計組成；液囊/氣囊通過硅膠管與注射泵相連接，液囊/氣囊內的流體通過注射泵產生符合試驗要求的壓力和流量；注射泵的控制裝置通過數據線與電子計算機相連接；注射泵通過硅膠管與滲流試驗樣品相連接，硅膠管上依次設有電磁閥、輸入壓力表和輸入流量計；實驗流體經硅膠管進入滲流試驗樣品中。

3.根據權利要求1所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，其特征在于：所述液囊/氣囊與注射泵的數量為對應的一組或多組。

4.根據權利要求1所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，其特征在于：流場顯示與圖像數據采集系統由支架、倒置光學顯微鏡、激光發射器、滲流實驗樣品、二分鏡、高速攝像機、載物臺組成；利用飛秒激光制作的滲流實驗樣品固定于支架的載物臺上；倒置光學顯微鏡位于支架底座上，其控制裝置通過數據線與電子計算機相連；載物臺固定在支架上位于支架最上部；激光發射器固定于支架位于載物臺下部，其控制裝置通過數據線與電子計算機相連接，發射出固定頻率的激光；二分鏡固定在支架上，位于倒置光學顯微鏡與激光發射器之間；激光發射器發射的激光通過二分鏡照射在滲流試驗樣品上；操作人員通過倒置光學顯微鏡目鏡觀察滲流流場形態；高速攝像機位于倒置光學顯微鏡物鏡處，通過電子計算機的控制對滲流流場進行拍照并通過數據線傳至計算機。

5.根據權利要求1所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，其特征在于：所述滲流試驗樣品、二分鏡與倒置光學顯微鏡的目鏡三者的中心共線且垂直。

6.根據權利要求1所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，其特征在于：流體回收系統由水箱、硅膠管、輸出壓力表、輸出流量計組成；硅膠管一端與水箱相連一端與滲流試樣中滲流流體出口相連接；硅膠管與滲流樣中滲流流體出口相連一端依次連接輸出壓力表、輸出流量計。

7.使用如權利要求1至6任一所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置的方法，其特征在于：采用microPIV技術，利用激光照射散布于滲流試驗樣品中的熒光顆粒，再輔以圖像處理技術以及相關性分析，得出流體滲流過程中的物性參數；首先開啟流體產生實驗系統產生符合要求的實驗流體；其次打開流場顯示與圖像數據采集系統采集數據；利用飛秒激光技術制作的滲流試驗樣品放置于載物臺中央，高速攝像機采集的圖像數據通過數據線傳輸至電子計算機；在電子計算機上使用顯微鏡配套軟件和Matlab軟件對熒光顆粒的濃度和發光強度進行標記和識別以及相關性分析，得出流體滲流過程中運動的物性參數。

8.根據權利要求7所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置的使用方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

1)計算機發出“注射泵啟動”指令，指令通過數據線傳到注射泵控制裝置，注射泵開始啟動，產生相應壓力和流量的流體，并通過硅膠管進入滲流實驗試樣，最后流入水箱進行回收處理；

2)計算機執行“激光法發射器啟動”指令，指令通過數據線傳至激光器控制裝置，激光發射器開始啟動，發射出固定頻率的激光；激光通過二分鏡照射到滲流試驗試樣上，通過高倍顯微鏡觀察滲流流場的形態；

3)計算機執行“開始記錄”指令，指令通過數據線傳至高速攝像機控制裝置，高速攝像機按照設定的時間間隔開始拍照，照片通過數據線實時傳至計算機進行實驗結果分析處理。

9.根據權利要求7所述的多物理場耦合微觀滲流實驗裝置的使用方法，其特征在于：所述流體滲流過程中的運動物性參數包括運動的速度場、壓力場、溫度場。