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原文传递一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法

专利名称：	一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法，由计算机、支架、注射泵、光学显微镜、激光发射器、液囊/气囊等构成。液囊/气囊中流体通过注射泵产生符合试验要求的压力及流量。注射泵中流体经过硅胶管以及电磁阀、流量计、压力表进入渗流试验样品。渗流实验样品放置在支架上，通过光学显微镜可以观察到渗流样品内部的渗流流体形态。通过安装在显微镜上的高速摄像头将图像等数据采集到计算机当中。本发明解决了以往微观渗流试验只能观察流动状态而不能得出渗流过程中流体速度的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	彭维红;赵栋辉;张薇;董萱;曹国华;杜梦琳;程红梅;赵慧明;张志镇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910451146.0
公开号：	CN110174339A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	张婷婷
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科研院
主权项：	1.一种多物理场耦合微观渗流实验装置，其特征在于：它由流体产生实验系统、流场显示与图像数据采集系统、流体回收系统组成，其中，流体产生实验系统包括液囊/气囊、注射泵，流场显示与图像数据采集系统包括一支架及由上而下固定其上的渗流试验样品、激光发射器、二分镜、高速摄像机、倒置光学显微镜，流体回收系统包括一水箱；所述液囊/气囊、注射泵、渗流试验样品、水箱之间通过硅胶管相连接；所述注射泵、激光发射器、高速摄像机通过数据线与计算机相连接。 2.根据权利要求1所述的多物理场耦合微观渗流实验装置，其特征在于：流体产生试验系统由液囊/气囊、注射泵、硅胶管、电磁阀、输入压力表和输入流量计组成；液囊/气囊通过硅胶管与注射泵相连接，液囊/气囊内的流体通过注射泵产生符合试验要求的压力和流量；注射泵的控制装置通过数据线与电子计算机相连接；注射泵通过硅胶管与渗流试验样品相连接，硅胶管上依次设有电磁阀、输入压力表和输入流量计；实验流体经硅胶管进入渗流试验样品中。 3.根据权利要求1所述的多物理场耦合微观渗流实验装置，其特征在于：所述液囊/气囊与注射泵的数量为对应的一组或多组。 4.根据权利要求1所述的多物理场耦合微观渗流实验装置，其特征在于：流场显示与图像数据采集系统由支架、倒置光学显微镜、激光发射器、渗流实验样品、二分镜、高速摄像机、载物台组成；利用飞秒激光制作的渗流实验样品固定于支架的载物台上；倒置光学显微镜位于支架底座上，其控制装置通过数据线与电子计算机相连；载物台固定在支架上位于支架最上部；激光发射器固定于支架位于载物台下部，其控制装置通过数据线与电子计算机相连接，发射出固定频率的激光；二分镜固定在支架上，位于倒置光学显微镜与激光发射器之间；激光发射器发射的激光通过二分镜照射在渗流试验样品上；操作人员通过倒置光学显微镜目镜观察渗流流场形态；高速摄像机位于倒置光学显微镜物镜处，通过电子计算机的控制对渗流流场进行拍照并通过数据线传至计算机。 5.根据权利要求1所述的多物理场耦合微观渗流实验装置，其特征在于：所述渗流试验样品、二分镜与倒置光学显微镜的目镜三者的中心共线且垂直。 6.根据权利要求1所述的多物理场耦合微观渗流实验装置，其特征在于：流体回收系统由水箱、硅胶管、输出压力表、输出流量计组成；硅胶管一端与水箱相连一端与渗流试样中渗流流体出口相连接；硅胶管与渗流样中渗流流体出口相连一端依次连接输出压力表、输出流量计。 7.使用如权利要求1至6任一所述的多物理场耦合微观渗流实验装置的方法，其特征在于：采用microPIV技术，利用激光照射散布于渗流试验样品中的荧光颗粒，再辅以图像处理技术以及相关性分析，得出流体渗流过程中的物性参数；首先开启流体产生实验系统产生符合要求的实验流体；其次打开流场显示与图像数据采集系统采集数据；利用飞秒激光技术制作的渗流试验样品放置于载物台中央，高速摄像机采集的图像数据通过数据线传输至电子计算机；在电子计算机上使用显微镜配套软件和Matlab软件对荧光颗粒的浓度和发光强度进行标记和识别以及相关性分析，得出流体渗流过程中运动的物性参数。 8.根据权利要求7所述的多物理场耦合微观渗流实验装置的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤： 1)计算机发出“注射泵启动”指令，指令通过数据线传到注射泵控制装置，注射泵开始启动，产生相应压力和流量的流体，并通过硅胶管进入渗流实验试样，最后流入水箱进行回收处理； 2)计算机执行“激光法发射器启动”指令，指令通过数据线传至激光器控制装置，激光发射器开始启动，发射出固定频率的激光；激光通过二分镜照射到渗流试验试样上，通过高倍显微镜观察渗流流场的形态； 3)计算机执行“开始记录”指令，指令通过数据线传至高速摄像机控制装置，高速摄像机按照设定的时间间隔开始拍照，照片通过数据线实时传至计算机进行实验结果分析处理。 9.根据权利要求7所述的多物理场耦合微观渗流实验装置的使用方法，其特征在于：所述流体渗流过程中的运动物性参数包括运动的速度场、压力场、温度场。
所属类别：	发明专利