[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

本發明公開了一種多物理場耦合微觀滲流實驗裝置及方法，由計算機、支架、注射泵、光學顯微鏡、激光發射器、液囊/氣囊等構成。液囊/氣囊中流體通過注射泵產生符合試驗要求的壓力及流量。注射泵中流體經過硅膠管以及電磁閥、流量計、壓力表進入滲流試驗樣品。滲流實驗樣品放置在支架上，通過光學顯微鏡可以觀察到滲流樣品內部的滲流流體形態。通過安裝在顯微鏡上的高速攝像頭將圖像等數據采集到計算機當中。本發明解決了以往微觀滲流試驗只能觀察流動狀態而不能得出滲流過程中流體速度的問題。

技術領域

本發明涉及一種微觀滲流實驗裝置，尤其適用于高校教學和科研院所滲流流場定量實驗研究，是一種研究微觀滲流場各種參數和非牛頓流體流動特性的實驗裝置。

背景技術

滲流是一種非常復雜的過程，很多流動規律有待研究，如果單純用數理分析，在多數情況下難以得出正確結果，從而必須依賴于實驗來探索規律、驗證理論、解決生產實際問題。滲流流場顯示和滲流流場模擬是流體力學發展的兩大核心任務，其中流場的顯示技術是為了更好的從直觀上了解整個流場的分布，掌握流動特點，幫助建立理論分析模型，而且可以從流動圖像中獲得信息，檢驗理論分析結果，發現新的現象。

目前的微觀滲流試驗裝置和方法很多，但很多試驗方法以及裝置的尺度集中在微米級別，試驗結果只能得出流體在滲流過程中的流動形態而無法得出滲流過程中的速度。本發明的滲流實驗的尺度可以達到納米級別，試驗結果則可以得到滲流過程中的速度、壓力、溫度等。相較于以往的試樣方法和裝置有較大的進步。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術中存在的問題，提供一種造價較低，便于操作，功能齊全，安全可靠，能夠用于高校教學和滲流流場定量實驗研究的一種多物理場耦合微觀滲流實驗裝置。

一種多物理場耦合微觀滲流實驗裝置，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；流體產生實驗系統、流場顯示與圖像數據采集系統與流體回收系統之間通過硅膠管相連接；流體產生實驗系統、流場顯示與圖像數據采集系統通過硅膠管連接；流體產生實驗系統位于最左側，流體回收實驗系統位于最右側，其余實驗裝置位于流體回收實驗系統與流體產生實驗裝置之間。滲流實驗試樣通過飛秒激光技術進行制造放置于支架載物臺上并可隨時進行更換。

進一步的，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；液囊/氣囊與注射泵的數量可以是一個或多個以便進行多場(相)耦合試驗；注射泵通過硅膠管與支架載物臺相連接，硅膠管上依次接有電磁閥、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。

進一步的，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、載物臺等組成；倒置光學顯微鏡位于整個實驗裝置的最底部，其控制裝置通過數據線與電子計算機相連；載物臺規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樣上；操作人員通過倒置光學顯微鏡目鏡可以觀察滲流流場形態；利用特殊的飛秒激光制作的滲流實驗樣品固定于支架的載物臺上；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可對滲流流場進行拍照并通過數據線傳至計算機。

進一步的，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。