一种微米毛细管气液动态相界面测试系统技术方案

本发明专利技术提供了一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，本发明专利技术利用动态测试装置通过图像处理算法来确定相界面的移动速度，进而利用该速度通过电机来调整移动座的速度，使微流动芯片随相界面运动方向一直做相应移动，从而使相界面相应保持在摄像单元的观察视野中，为实现低毛管数、低邦德数状态下的动态接触角测量提供了测量基础，极大提高了数据处理的效率及测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种微米毛细管气液动态相界面测试系统
本专利技术涉及石油强化开采领域，特别是涉及用于测量微米毛细管中气液动态驱替过程中能够通过控制微流动芯片的移动速度和方向来使相界面自动位于观察视野范围内的微米毛细管气液动态相界面测试系统。
技术介绍
单个微米尺度的毛细管中的两相驱替机理是自然环境多孔介质内的两相驱替的基础，多孔介质中的两相驱替发生在众多的工业或自然过程中，比如致密油藏的水驱气、溶解气驱、水驱油等过程，获取上述工业条件下的动态接触角信息对于评估整个多孔介质内两相驱替过程至关重要。现有技术中已有很多实验实现了在直径为毫米级的毛细管中测量动态接触角的方案。其中为了观察到接触角，需要采用高倍数的显微镜获得放大的图像，也就意味着观察的视野小。然而动态的驱替过程意味着相界面会移动一定的距离，因此高倍数的显微镜无法观察到相界面的运动过程。如果采用低倍数的显微镜进行观察，可以观察到相界面位置的变化，却无法观察到相界面，也就无法直接测量接触角。综上所述，需要一种既可观察到相界面的运动过程，又可以精确观察到相相界面细节的动态测试系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种能够方便观察至微米毛细管内气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，其特征在于，包括：微流动芯片，用于供测试液体通过，设置有微米毛细管通道；压力控制管路，包括通过管路与所述微流动芯片连接的注射泵，在管路上安装有检测压力的压力传感器；移动平台，包括作为支撑的基座，和安装在基座上的丝杆，通过螺纹套在丝杆上沿直线移动的移动座，驱动丝杆转动的电机，所述微流动芯片安装在移动座上；摄像单元，设置在所述微流动芯片的上方，用于获取测试液体的相界面图像并输出；控制系统，根据所述压力传感器的信息控制所述注射泵的注射过程，同时控制所述电机使所述微流动芯片的水平移动速度与所述微流动芯片内的测试液体移动速度相同且方向相反，控制所述电机的步骤如下...

【技术特征摘要】
1.一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，其特征在于，包括：微流动芯片，用于供测试液体通过，设置有微米毛细管通道；压力控制管路，包括通过管路与所述微流动芯片连接的注射泵，在管路上安装有检测压力的压力传感器；移动平台，包括作为支撑的基座，和安装在基座上的丝杆，通过螺纹套在丝杆上沿直线移动的移动座，驱动丝杆转动的电机，所述微流动芯片安装在移动座上；摄像单元，设置在所述微流动芯片的上方，用于获取测试液体的相界面图像并输出；控制系统，根据所述压力传感器的信息控制所述注射泵的注射过程，同时控制所述电机使所述微流动芯片的水平移动速度与所述微流动芯片内的测试液体移动速度相同且方向相反，控制所述电机的步骤如下：设所述移动座的速度为v，根据：n＝f/k其中，n为电机的转速，f为控制系统发出的脉冲信号频率，k为转频比；则：v＝LpnLp为已知丝杠的螺距；根据实时显微图像判断得到相界面的运动方向及速度后，通过得到的移动座速度v反推出电机转速后即可控制所述微流动芯片同步相反移动，以使测试液体形成的相界面始终保持在所述摄像单元的视野范围内。2.根据权利要求1所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，其特征在于，还包括反推相界面的位移和速度的过程，过程如下：设所述移动座从0时刻到t时刻的位移为s，根据位移公式：控制从时刻0开始，每隔Δt的时间间隔记录移动座的速度vi，i＝1,2,3…m，到时刻t时总共记录了m个速度数据，则该式可以离散成：其中，Δt的取值依赖于实际操作过程中所述移动座的速度变化；通过图像识别算法得到任意时刻相界面上两个接触点到图像左端的距离dA和dB，则任意时刻相界面的位移x为：相对相界面的位移x，相界面的速度V是位移x的一阶导数对位移x以中心差分格式对位移数据进行求导，其中，假设x中包含m个数据，i及x的角标表示位移数据的编号：由此得到相界面的速度。3.根据权利要求1所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，其特征在于，使相界面始终自动维持在所述摄像单元的视野宽度的中间的方法如下：其中，V为实时采集的相界面速度，d为相界面在摄像单元的视野宽度中距离左边缘的距离，v为移动座的速度，τv为时间常数，其物理意义为从将相界面偏离摄像单元的视野中央的距离d-Ws/2降到0所需要的时间。4.根据权利要求1所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，其特征在于，所述微流动芯片为透明材料制成的板状结构，一面上设置有内凹的凹槽，在所述凹槽上盖有贴合所述凹槽上表面的盖板，所述微米毛细管通道设置在所述凹槽内且以阵列方式设置有多个，每个所述微米毛细管通道的两端分别设置有进液区和出液区；所述微米毛细管通道的宽度为10～100μm，所述进液区和所述出液区的宽度至少为所述微米毛细管通道宽度的15～20倍。5.根据权利要求4所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试系统，其特征在于，所述进液区和所述出液区为水滴形且水滴形的尖端与所述微米毛细管通道连通，在所述进液区和所述出液区内分别均匀地设置有多根垂直的防止微米塌陷的立柱，所述立柱以环形的方式逐圈布置，且中间留出所述进液孔和所述出液孔的设置空间；在所述进液区的中间设置有底部开口的进液孔，在所述出液区的中间设置有底部开口的排液孔。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：雷达，林缅，江文滨，曹高辉，徐志朋，李曹雄，姬莉莉，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11