[發(fā)明專利]一種持液顆粒群間擾動(dòng)滲流現(xiàn)象觀測(cè)試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111421654.8
• 申請(qǐng)日: 2021-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN114166718B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠磊;李家園;楊洲;李云鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于濕顆粒群液化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種持液顆粒群間擾動(dòng)滲流現(xiàn)象觀測(cè)試驗(yàn)裝置及方法。本發(fā)明基于顆粒間液橋相關(guān)力學(xué)特性與理論研究，將微小、不宜觀察的顆粒群間液體流動(dòng)行為直觀放大，對(duì)顆粒群間液體在受到干擾后的流動(dòng)、轉(zhuǎn)移等現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)。本發(fā)明選取單層顆粒群，給予一定的初始持液量，形成顆粒間穩(wěn)定液體系統(tǒng)，再利用手動(dòng)裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干擾，使系統(tǒng)發(fā)生滲流，并用高速攝像機(jī)記錄顆粒間液體行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)持液顆粒群受擾動(dòng)失穩(wěn)滲流現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于濕顆粒群液化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種持液顆粒群間擾動(dòng)滲流現(xiàn)象觀測(cè)試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

持液濕顆粒群的穩(wěn)定性研究在船海運(yùn)輸、礦物液化、土木建筑等多個(gè)領(lǐng)域都有著重要的實(shí)際意義，如鎳礦船的液化傾覆現(xiàn)象歸根結(jié)底是由于持液濕礦物受外力擾動(dòng)呈現(xiàn)流態(tài)化，進(jìn)而嚴(yán)重降低船舶穩(wěn)性導(dǎo)致的。即持液濕顆粒群的力學(xué)特性主要與顆粒間滲流現(xiàn)象有關(guān)，研究持液濕顆粒群間由于受到擾動(dòng)導(dǎo)致的滲流現(xiàn)象對(duì)于探索顆粒群穩(wěn)定性有著重要意義。對(duì)于穩(wěn)定的持液顆粒群系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，增加持液量或受到外載荷干擾都可能導(dǎo)致失穩(wěn)滲流現(xiàn)象的發(fā)生。持液顆粒群系統(tǒng)間作用復(fù)雜，且液體在其中流動(dòng)、轉(zhuǎn)移等微觀現(xiàn)象不易觀察，目前針對(duì)顆粒群液化行為的研究多集中于宏觀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種持液顆粒群間擾動(dòng)滲流現(xiàn)象觀測(cè)試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種持液顆粒群間擾動(dòng)滲流現(xiàn)象觀測(cè)試驗(yàn)裝置，包括單層持液顆粒群模塊、磁吸擾動(dòng)模塊、顆粒群持液控制模塊、高速攝像圖像采集模塊；

所述單層持液顆粒群模塊包括水密鉸固控制旋鈕、前透明夾持面板、后透明夾持面板、接水槽、球形顆粒；所述前透明夾持面板與所述后透明夾持面板可組合為水密封閉框架結(jié)構(gòu)，在水密封閉框架結(jié)構(gòu)底部設(shè)有放水口，在所述前透明夾持面板與所述后透明夾持面板上均附有網(wǎng)格定位圖層，用于所述球形顆粒排布時(shí)定位及后續(xù)圖像數(shù)據(jù)處理；所述球形顆粒按試驗(yàn)方案排布，形成單層顆粒群；所述水密鉸固控制旋鈕用于將所述單層顆粒群夾持在所述前透明夾持面板與所述后透明夾持面板之間，并使兩面板上的網(wǎng)格定位圖層對(duì)齊；所述接水槽布置在所述放水口的下方；

所述磁吸擾動(dòng)模塊包括試驗(yàn)小球和磁鐵；所述試驗(yàn)小球由鐵磁類材料制成，體積小于球形顆粒之間排布間隙，所述試驗(yàn)小球布置于所述單層顆粒群中，可在球形顆粒之間排布間隙中受迫運(yùn)動(dòng)；所述磁鐵可控制試驗(yàn)小球的運(yùn)動(dòng)，用于為球形顆粒之間持液處提供擾動(dòng)；

所述顆粒群持液控制模塊包括多支路均分流移液管；所述多支路均分流移液管布置在由所述前透明夾持面板與所述后透明夾持面板組合成的水密封閉框架結(jié)構(gòu)的上方，所述多支路均分流移液管的每一支路出口處均配備有緩沖注水口，用于消除液體注射時(shí)速度對(duì)試驗(yàn)小球沖擊的影響；

所述高速攝像圖像采集模塊用于記錄所述單層顆粒群液體穩(wěn)定持液、受擾動(dòng)、滲流的完整過(guò)程，通過(guò)對(duì)記錄的視頻照片進(jìn)行后續(xù)處理，得到顆粒群間液橋形式、液體分布規(guī)律、液體失穩(wěn)滲流形式。

進(jìn)一步地，所述高速攝像圖像采集模塊包括LED補(bǔ)光燈、高速攝像機(jī)、圖像數(shù)據(jù)采集記錄主機(jī)；所述高速攝像機(jī)正對(duì)所述前透明夾持面板，視野界面保證整個(gè)單層顆粒群都處于攝像記錄范圍；所述圖像數(shù)據(jù)采集記錄主機(jī)與所述高速攝像機(jī)連接。

一種持液顆粒群間擾動(dòng)滲流現(xiàn)象觀測(cè)試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1：依照試驗(yàn)方案在前透明夾持面板與后透明夾持面板之間排布球形顆粒，形成單層顆粒群；通過(guò)鉸固控制旋鈕將單層顆粒群夾持在前透明夾持面板與后透明夾持面板之間，并使兩面板上的網(wǎng)格定位圖層對(duì)齊，檢查裝置水密性；

步驟2：通過(guò)移液器向單層顆粒群主體部分添加定量液體，所添加液體通過(guò)多支路均分流移液管與緩沖注水口近似準(zhǔn)靜態(tài)地進(jìn)入單層顆粒群主體部分，所添加液體的體積即為初始持液量，計(jì)算得到初始飽和度；