适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，包括渗流模型箱、恒温渗流加载系统、渗流测压系统以及水质监测系统。本发明专利技术试验装置具有恒温、可拆卸、制样取样灵活、可灭菌等优点。采用多层可拆卸制样取样，主要克服了传统的一体式一维土体渗流试验台中介质均匀单一、无法准确分段取样、试验环境温度不稳定的问题。同时配合适用于粒子图像测试技术的可拆卸透光箱体，解决常规试验装置由于圆柱状渗流柱柱体折射，导致不适用于粒子图像测速系统的弊端。本发明专利技术还提供了一种适用于PIV的多层可拆卸取样的恒温多孔介质渗流试验装置的测试方法。验装置的测试方法。验装置的测试方法。

【技术实现步骤摘要】
适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置


[0001]本专利技术涉及室内一维土柱渗流试验装置，尤其涉及适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置及测试方法。

技术介绍

[0002]地下水资源的过度开采会导致地下水资源衰减、地面沉降、地表裂缝、岩溶坍塌、海水侵入、地下水水质成化以及地下水水质恶化等一系列环境地质问题。因此为保护地下水资源、缓解过度开采地下水带来的地质问题，必须采用合理可靠的手段进行地下水人工回灌，以维持地下水资源平衡。随着地下水回灌的应用逐渐增多，回灌井堵塞和溢出的问题逐渐显露，地下水回灌堵塞主要分为物理堵塞、生物堵塞以及化学堵塞。因此，如何科学地、贴近地下水回灌环境地开展室内一维土柱渗流试验，研究不同水体条件下土壤中颗粒物迁移、微生物迁移、生物膜生长变化规律对于理解和预防回灌井堵塞导致的回灌井失效具有重要意义。现有的土柱渗流实验手段和方法普遍较为传统且简陋，大部分渗流试验台试验对象为单一土体或单一多孔介质；同时渗透试验加载液体也较为单一，一般为室温条件下的未灭菌水溶液；并且非扰动的柱体内部渗流状态、颗粒分布状态、生物膜繁殖状态等很难观察。
[0003]一方面，传统室内一维渗流试验装置的加载条件较为简单，基本上以单一的水压加载为主，而且较落后的提高梯度水头进行水压加载的方法仍然被广泛应用，此类的加载方法的水压加载量程有限且难以调控，无法精确还原实际回灌条件下的水流状态。同时，未经灭菌处理的水溶液在进行多孔介质中生物膜生长试验时，将对试验结果产生巨大且不可逆转的危害。所以有必要专利技术一种可以实现精确控制入流速度、可控温并实现水溶液灭菌的土体渗流实验加载装置。
[0004]另一方面，考虑到实际土壤环境的复杂性，由于地质成因等因素影响，实际回灌井周围土壤也极少出现土样均匀一致的情况；特别地，目前室内一维渗流试验装置基本以一个完整的模型箱为试验对象，一体化的渗流柱是虽然具有造价低、密闭性好等优势，但其无法分段制样、分段取样的弊端也非常明显。即便人为地对多种尺寸土样或多孔介质进行分层堆叠，也无法控制试验过程中土样或介质随水体流动进行迁移。
[0005]此外，目前土样渗流试验或多孔介质渗流实验大多停留在宏观层面的现状与渗流试验台以及试验手段是密切相关的。粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，后简称PIV)虽然可以对于柱体内部颗粒物流动状态进行图像捕捉，但传统渗流柱的圆柱形柱体会对激光产生干涉，影响拍摄效果并对镜头造成不可逆的损伤。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题看，本专利技术提供了一种适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置及测试方法。
[0007]本专利技术提供了一种适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，包括恒
温渗流加载系统、渗流模型箱、渗流测压系统、水质监测系统，所述渗流试验加载系统、渗流测压系统、水质监测系统分别与所述渗流模型箱连接；所述渗流试验模型箱中渗流试验柱从上至下，由入流箱室、第一渗流段箱室、第二渗流段箱室、第三渗流段箱室以及出流箱室组成，上下相邻箱室之间为可拆卸连接，可选择孔径的孔板以及滤网作为辅助间隔；所述渗流试验模型箱中适用于PIV的可拆卸透光箱体与渗流试验柱均固定在支架上，适用于PIV的可拆卸透光箱体固定于渗流试验柱外侧；所述恒温渗流加载系统与所述入流箱室连接，渗流测压系统(3)与所述渗流段箱室测压口连接，水质监测系统与所述渗流段箱室取样口以及所述出流箱室出流口连接。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述渗流加载装置由纯水机、灭菌水箱、恒温水箱、蠕动泵组成，所述纯水机与所述灭菌水箱连接，所述灭菌水箱与所述恒温水箱连接，所述恒温水箱与所述蠕动泵连接，所述蠕动泵与所述入流箱室连接。所述渗流模型箱包含渗流试验柱以及适用于PIV的可拆卸透光箱体。所述渗流试验柱包含多个可拆卸可装配并且相互密封连接的箱室，从上至下分别为入流箱室、多层渗流段箱室以及出流箱室，所述渗流段箱室从上至下分别为第一渗流段箱室、第二渗流段箱室、第三渗流段箱室所述入流箱室连接渗流加载系统，所述出流箱室连接所述水质监测系统。试验装置中渗流测压系统为包含多个测压管的测压板，所述测压管数量与所述渗流段测压口数量保持一致，所述测压管下端与所述渗流段测压口相连，所述测压管孔口平顺光滑且内径8mm避免毛细现象及表面张力的影响，所述测压管配有相应数量、刻度清晰的标尺。所述水质监测系统包含水质测试设备、集水箱以及出流水量称重装置，所述水质测试设备与所述渗流段取样口以及所述出流箱室出流口连接，所述集水箱放置于所述出流箱室出流口下方，所述集水箱放置于出流水量称量装置上方。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述灭菌水箱中设置UV紫外杀菌灯，所述UV紫外杀菌灯装置于所述灭菌水箱箱体底部对入流液体进行灭菌。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述渗流柱采用PVC硬质塑料制成，塑料颗粒透光率为96％
‑
98％，具有良好透光性。所述渗流柱中入流箱室顶端为可移动式密封顶盖，所述顶盖中央设置入流孔以及注射孔，便于渗流液体与示踪粒子注入渗流柱腔体；所述入流腔室右侧距顶端2
‑
3cm处开设溢流口，平衡气压、稳定液位。所述渗流试验柱柱体左右两侧分别开设取样口与测压口，具体为所述可拆卸渗流柱中所述渗流试验段柱体右侧均匀开设测压孔，连接至所述渗流测压系统；左侧对应位置开设所述取样口，所述取样口连接至所述水质测试设备；所述取样口与测压口内均放置钢丝网阻止土壤或试验介质堵塞管路并全部配置阀门。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述渗流试验柱中各段箱室之间为法兰连接，上下相邻的箱室之间设有密封橡胶圈、滤网、孔板，所述滤网、孔板均可根据试验材料的实际尺寸进行更换，所述箱室为圆筒状且直径一致。所述渗流试验柱固定在实验台支架上，所述支架保证所述渗流试验柱出流口距地面15cm，以容纳所述集水箱与出流水量称重装置。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述适用于PIV的可拆卸透光箱体采用PVC硬质塑料制成，塑料颗粒透光率为96％
‑
98％，顶部为可活动顶盖，所述顶盖分为左顶盖与右顶盖两部分，所述箱体底端靠近支架处设置放水阀门。
[0013]本专利技术还提供了一种适用于PIV的多层可拆卸取样的恒温多孔介质渗流试验装置
的测试方式，具体包括以下步骤：
[0014]步骤一，分层制备渗流试验用土壤或多孔介质，依据从下至上的顺序组装渗流模型箱；
[0015]步骤二，将渗流试验柱左右两侧取样口与测压口分别与水质测试设备、对应测压管相接，将集水箱放置于出流水量称重装置后放于渗流试验柱出流口下方，并完成校准，若关注重点为出流水水质则可将出流口与水质测试设备相连；
[0016]步骤三，以纯水机、灭菌水箱、恒温水箱、蠕动泵的顺序连接，安装和设置恒温渗流加载装置，进行调试和测试；
[0017]步骤四，打开恒温渗流试验加载装置，设定恒温水箱温度，稳定运行后开始渗流试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：本装置包括恒温渗流加载系统(1)、渗流模型箱(2)、渗流测压系统(3)、水质监测系统(4)，所述渗流试验加载系统(1)、渗流测压系统(3)、水质监测系统(4)分别与所述渗流模型箱(2)连接；所述渗流试验模型箱(2)中渗流试验柱从上至下，由入流箱室(2
‑
1)、第一渗流段箱室(2
‑
2)、第二渗流段箱室(2
‑
3)、第三渗流段箱室(2
‑
4)以及出流箱室(2
‑
5)组成，上下相邻箱室之间为可拆卸连接，可选择孔径的孔板(2
‑
10)以及滤网(2
‑
11)作为辅助间隔；所述渗流试验模型箱(2)中适用于PIV的可拆卸透光箱体(2
‑
17)与渗流试验柱均固定在支架(2
‑
19)上，适用于PIV的可拆卸透光箱体(2
‑
17)固定于渗流试验柱外侧；所述恒温渗流加载系统(1)与所述入流箱室(2
‑
1)连接，渗流测压系统(3)与所述渗流段箱室测压口(2
‑
13)连接，水质监测系统(4)与所述渗流段箱室取样口(2
‑
12)以及所述出流箱室出流口(2
‑
14)连接。2.根据权利要求1所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述恒温渗流加载系统由纯水机(1
‑
1)、灭菌水箱(1
‑
2)、恒温水箱(1
‑
3)、蠕动泵(1
‑
4)组成，所述纯水机(1
‑
1)与所述灭菌水箱(1
‑
2)连接，所述灭菌水箱(1
‑
2)与所述恒温水箱(1
‑
3)连接，所述恒温水箱(1
‑
3)与所述蠕动泵(1
‑
4)连接，所述蠕动泵(1
‑
3)与所述入流箱室(2
‑
1)连接。3.根据权利要求1所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述渗流模型箱(2)包含渗流试验柱、适用于PIV的可拆卸透光箱体(2
‑
17)及支架(2
‑
19)，所述渗流试验柱包含多个可拆卸可装配并且相互密封连接的箱室，从上至下分别为入流箱室(2
‑
1)、第一渗流段箱室(2
‑
2)、第二渗流段箱室(2
‑
3)、第三渗流段箱室(2
‑
4)以及出流箱室(2
‑
5)，第一渗流段箱室(2
‑
2)、第二渗流段箱室(2
‑
3)、第三渗流段箱室(2
‑
4)组成渗流段箱体，所述入流箱室(2
‑
1)连接恒温渗流加载系统(1)，所述出流箱室(2
‑
5)连接所述水质监测系统(4)；渗流试验柱固定于支架(2
‑
19)之上。4.根据权利要求1所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述渗流测压系统(3)为包含多个测压管(3
‑
1)的测压板(3
‑
2)，所述测压管(3
‑
1)数量与所述渗流段箱体测压口(2
‑
13)数量保持一致，所述测压管(3
‑
1)下端与所述测压口(2
‑
13)相连，所述测压管(3
‑
1)孔口平顺光滑且内径为8mm以避免毛细现象及表面张力的影响，所述测压管(3
‑
1)配有相应数量、刻度清晰的坐标尺(3
‑
3)。5.根据权利要求1所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述水质监测系统(4)包含水质测试设备(4
‑
1)、集水箱(4
‑
2)以及出流水量称量装置(4
‑
3)，所述水质测试设备与所述渗流段箱体取样口(2
‑
12)以及所述出流箱室出流口(2
‑
14)连接，所述集水箱(4
‑
2)放置于所述出流箱室出流口(2
‑
14)下方，所述集水箱(4
‑
2)放置于出流水量称量装置(4
‑
3)，测定出流水量。6.根据权利要求2所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述灭菌水箱(1
‑
2)中设置UV紫外杀菌灯(1
‑
5)，所述UV紫外杀菌灯(1
‑
5)装置于所述灭菌水箱箱体(1
‑
2)底部对入流液体进行灭菌。7.根据权利要求3所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述渗流柱包含的入流箱室(2
‑
1)、第一渗流段箱室(2
‑
2)、第二渗流段箱室(2
‑
3)、第三渗流段箱室(2
‑
4)以及出流箱室(2
‑
5)均采用PVC硬质塑料制成，塑料颗粒透光率为96％
‑
98％，具有良好透光性，实现渗流过程可视化。
8.根据权利要求3所述的适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，其特征在于：所述渗流柱中入流箱室(2
‑
1)顶端为密封顶盖，所述入流箱室(2
‑
1)顶盖中央设置入流口(2
‑
6)，渗流液体由所述入流口(2

【专利技术属性】
技术研发人员：马苏宁，陈丽萍，龚延风，王世林，周彦杰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：