三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统技术方案

一种三维砂层迁移‑沉积‑脱离模拟试验系统，所述系统由动力装置、与动力装置连接的试验砂箱装置以及观测装置组成；动力装置由上游动力装置和下游动力装置组成，上游动力装置和下游动力装置之间通过试验砂箱装置连通；试验砂箱装置中，试验砂箱外包裹有恒温箱，试验砂箱的内壁设置有多孔档砂板，各多孔档砂板内部的空间内填充有砂。本实用新型专利技术提供的一种三维砂层迁移‑沉积‑脱离模拟试验系统，可以解决现有试验装置无法进行三维条件下相关试验的问题，可以进行多种水压力、流速、温度条件下不同颗粒在砂层中的迁移、沉积和脱离过程试验，且能够对试验过程进行全程动态监测。

【技术实现步骤摘要】
三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统
本技术涉及模拟试验领域，尤其是一种三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统。
技术介绍
在地下水源热泵、地下污染物扩散、石油开采等领域普遍存在着多孔介质中物理颗粒、胶体及微生物等传输及运移的问题，通过试验设备研究多孔介质中颗粒迁移、沉积及脱离特性至关重要。目前已有部分装置可以观测孔隙及裂隙中流体的运移过程。例如中国专利技术专利（申请公布号：CN106768840A）公开的一种模拟渗流-振动作用下的动水携砂实验装置，通过在实验室内模拟高水头差及振动作用下，地下水位变化、雨水入渗等注水条件下的含水砂层内的动水携砂过程，从而观测砂层内部结构特征及渗流路径动态演化与水-砂两相流整体运移趋势。中国专利技术专利（申请公布号：CN106630235A）公开的一种模拟受污染地下水流经可渗透性反应墙的室内实验装置，模拟了可渗透性反应墙中吸附屏障材料和受污染地下水固液之间的充分作用过程。中国专利技术专利（申请公布号：CN107014729A）公开的一种考虑淤堵条件的排水材料通水性能测试装置，可以测试岩土体实际通水能力。中国专利技术专利（申请公布号：CN106885759A）公开的一种可视化饱和动态含水砂层渗透注浆试验装置，能够实现可视条件下的动态饱和含水砂层介质中渗透注浆过程模拟。然而，上述试验装置均无法进行三维条件下考虑温度变化的多孔介质中悬浮颗粒迁移、沉积及脱离相关试验，包括物理颗粒、胶体、微生物、气泡等物质在砂层中的传输运移过程。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统，可以解决现有试验装置无法进行三维条件下相关试验的问题，可以进行多种水压力、流速、温度条件下不同颗粒在砂层中的迁移、沉积和脱离过程试验，且能够对试验过程进行全程动态监测。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是：一种三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统，所述系统由动力装置、与动力装置连接的试验砂箱装置以及观测装置组成；动力装置由上游动力装置和下游动力装置组成，上游动力装置和下游动力装置之间通过试验砂箱装置连通；试验砂箱装置中，试验砂箱外包裹有恒温箱，试验砂箱的内壁设置有多孔档砂板，各多孔档砂板内部的空间内填充有砂；上游动力装置中，上游水箱通过双向变频水泵与带气泡发生器的混合室连通，混合室通过带阀门的第一管道与试验砂箱一侧连通；下游动力装置中，高位水管和低位水管一端分别与试验砂箱一侧连通，高位水管和低位水管另一端分别与下游水箱连通。观测装置中，第一管道上安装有流量计和浊度计，高位水管上安装有高位水管浊度计，低位水管上安装有低位水管浊度计，试验砂箱两侧安装有多个压力传感器，试验砂箱内安装有多个温度传感器；各压力传感器和温度传感器通过第一数据采集器与计算机连接；流量计、浊度计、高位水管浊度计和低位水管浊度计通过第二数据采集器与计算机连接。恒温箱内填充有液体层，电加热器一侧通过进水管与恒温箱一侧连通，恒温箱另一侧通过回水管与恒温箱另一侧连通。上游水箱内设有上游水箱搅拌器。下游水箱内设有下游水箱搅拌器。本技术提供的三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统，可实现使用一套设备进行多种试验的目的，可进行多种因素下砂层中各种颗粒的迁移、沉积及脱离试验。附图说明下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明：图1为本技术的结构示意图；图2为本技术试验砂箱装置的示意图。具体实施方式如图1和图2所示，一种三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统，所述系统由动力装置、与动力装置连接的试验砂箱装置以及观测装置组成；动力装置由上游动力装置和下游动力装置组成，上游动力装置和下游动力装置之间通过试验砂箱装置连通；试验砂箱装置中，试验砂箱12外包裹有恒温箱13，试验砂箱12的内壁设置有多孔档砂板16，各多孔档砂板16内部的空间内填充有砂15；上游动力装置中，上游水箱2通过双向变频水泵5与带气泡发生器7的混合室8连通，混合室8通过带阀门11的第一管道与试验砂箱12一侧连通；下游动力装置中，高位水管和低位水管一端分别与试验砂箱12一侧连通，高位水管和低位水管另一端分别与下游水箱25连通。观测装置中，第一管道上安装有流量计9和浊度计10，高位水管上安装有高位水管浊度计22，低位水管上安装有低位水管浊度计23，试验砂箱12两侧安装有多个压力传感器29，试验砂箱12内安装有多个温度传感器31；各压力传感器29和温度传感器31通过第一数据采集器30与计算机27连接；流量计9、浊度计10、高位水管浊度计22和低位水管浊度计23通过第二数据采集器28与计算机27连接。恒温箱13内填充有液体层14，电加热器17一侧通过进水管18与恒温箱13一侧连通，恒温箱13另一侧通过回水管19与恒温箱13另一侧连通。上游水箱2内设有上游水箱搅拌器3。下游水箱25内设有下游水箱搅拌器26。上游水箱2上安装有上游水箱进水管1，下游水箱25上安装有下游水箱进水管24，高压水管为带高压水管阀门20的水管，低压水管为带低压水管阀门21的水管。上游水箱2的水管上安装有上游水箱阀门4，双向变频水泵5与混合室8之间的水管上安装有阀门6。试验前,首先在试验砂箱12中填充适当级配组成的砂,随后封闭试验砂箱12和恒温箱13。在上游水箱2中灌满水，并往其中投放满足需求的物理颗粒、胶体或微生物等，打开上游水箱搅拌器3，使得颗粒均匀分布。打开上游水箱阀门4、阀门6、11、高位水管阀门20，调节双向变频水泵5，使得上游水箱2中的悬浊液按适当速度从左向右通过试验砂箱12，并最终进入下游水箱25中。本专利技术专利可以模拟气泡通过砂层的过程，具体操作为：打开气泡发生器7产生气泡，气泡在混合室8中与上游来水进行混合，从而使上游来水中含有指定数量的气泡。试验中，调节电加热器17，通过恒温箱进水管18和恒温箱回水管19保持试验砂箱12中温度相对稳定，从而满足进行恒定温度下试验要求。试验中，通过流量计9实时监测管道中流速，通过浊度计10、高位水管浊度计22和低位水管浊度计23分别实时测量进入砂箱前后悬浊液的浊度，通过压力传感器29实时监测砂箱各处压力变化，通过温度传感器31实时监测砂箱中各处温度。以上各仪器监测数据均通过计算机27和第二数据采集器28、第一数据采集器30实时采集和记录。本技术可以进行反方向流动试验，具体操作为：在下游水箱25中灌满水，并往其中投放满足需求的物理颗粒、胶体或微生物等，打开下游水箱搅拌器26，使得颗粒均匀分布。打开上游水箱阀门4、阀门6、阀门11、低位水管阀门21，调节双向变频水泵5，使得下游水箱25中的悬浊液按适当速度从右向左通过试验砂箱12，并最终进入上游水箱2中。上述的实施例仅为本技术的优选技术方案，而不应视为对于本技术的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本技术的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维砂层迁移‑沉积‑脱离模拟试验系统，其特征在于：所述系统由动力装置、与动力装置连接的试验砂箱装置以及观测装置组成；动力装置由上游动力装置和下游动力装置组成，上游动力装置和下游动力装置之间通过试验砂箱装置连通；试验砂箱装置中，试验砂箱（12）外包裹有恒温箱（13），试验砂箱（12）的内壁设置有多孔档砂板（16），各多孔档砂板（16）内部的空间内填充有砂（15）；上游动力装置中，上游水箱（2）通过双向变频水泵（5）与带气泡发生器（7）的混合室（8）连通，混合室（8）通过带阀门（11）的第一管道与试验砂箱（12）一侧连通；下游动力装置中，高位水管和低位水管一端分别与试验砂箱（12）一侧连通，高位水管和低位水管另一端分别与下游水箱（25）连通。

【技术特征摘要】
1.一种三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统，其特征在于：所述系统由动力装置、与动力装置连接的试验砂箱装置以及观测装置组成；动力装置由上游动力装置和下游动力装置组成，上游动力装置和下游动力装置之间通过试验砂箱装置连通；试验砂箱装置中，试验砂箱（12）外包裹有恒温箱（13），试验砂箱（12）的内壁设置有多孔档砂板（16），各多孔档砂板（16）内部的空间内填充有砂（15）；上游动力装置中，上游水箱（2）通过双向变频水泵（5）与带气泡发生器（7）的混合室（8）连通，混合室（8）通过带阀门（11）的第一管道与试验砂箱（12）一侧连通；下游动力装置中，高位水管和低位水管一端分别与试验砂箱（12）一侧连通，高位水管和低位水管另一端分别与下游水箱（25）连通。2.根据权利要求1所述的三维砂层迁移-沉积-脱离模拟试验系统，其特征在于：观测装置中，第一管道上安装有流量计（9）和浊度计（10），高位水管上安装有高位水管浊度计（22），...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔先泽，田君君，黄宜胜，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42