磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置与方法制造方法及图纸

一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置与方法，装置：倒置荧光显微镜和载物台分别安装在支架的前后两端；磁场发生器设置在载物台上；微型流体耐压容器置于磁场发生器之中，其内部安装有气体运移试验样品；高速摄像机装配于倒置荧光显微镜的物镜处；激光发射器和反射镜片安装在支架中部；气体质量流量检测设备与微型流体耐压容器的气体出口连接；注射泵的入口和出口分别与液囊和气体运移试验样品连接；挤压泵的入口和出口分别与气囊和气体运移试验样品连接。方法：在磁流体于样品内部渗透的过程中，通入气体，并利用激光进行照射，然后，利用高速摄像机获得图像并进行分析处理。该装置及方法能够有效的模拟气体在多孔介质中的运移规律。孔介质中的运移规律。孔介质中的运移规律。

【技术实现步骤摘要】
磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置与方法


[0001]本专利技术属于运移实验设备
，具体涉及一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置与方法。

技术介绍

[0002]气体在多孔介质中的相关运移特征是一种非常复杂的过程，很多气体的运移规律有待系统性的研究，如果单纯采用数理的方式进行分析，在多数情况下通常难以得到真实可靠的数据，进而无法获得正确的结果。因此，必须依赖于实验的方式来探索气体在多孔介质中的运移规律，以验证理论的正确性与否，从而可以更好的解决生产实际中遇到的一些问题。
[0003]目前，研究气体运移特征的试验装置和方法较多，但是现有的很多试验装置和方法并不合理，通过现有的这种试验装置和方法所得到的气体的运移过程中的试验数据不够精确，从而并不能真实的反应气体在多孔介质中的运移规律。因此，亟需一种能够真实有效模拟气体在多孔介质中运移规律的测试装置和方法。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置与方法，该装置结构简单、操作方便、可靠性高，能够真实有效的模拟气体在多孔介质中的运移规律，有助于更好的研究气体在多孔介质中的运移特征，适用于多物理场耦合微观气体运移特征的实验使用；该方法步骤简单、重复性好、可操作性强、实用性强和可视化效果好，即可以直观的观察到气体运移过程中水膜厚度变化的情况，又能快速准确的得出渗流磁流体在样品中的初始水膜厚度、气体运移过程中的水膜厚度变化情况，能有利于更精确的获得气体在多孔介质中的渗透和运移规律。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置，包括水膜厚度显示与图像数据采集系统、磁流体供应单元、气体供应单元和工控机；
[0006]所述水膜厚度显示与图像数据采集系统由支架、载物台、磁场发生器、微型流体耐压容器、气体运移试验样品、倒置荧光显微镜、高速摄像机、激光发射器、反射镜片和气体质量流量检测设备组成；所述载物台固定连接在支架的后端；所述磁场发生器设置在载物台上，用于产生符合试验要求的磁场强度；所述微型流体耐压容器设置在载物台上，并置于磁场发生器之中，微型流体耐压容器采用透明有机玻璃材料制成，其内部具有试样容纳空间，且其顶部开设有与试样容纳空间连通的液体入口和气体入口，其下部的一侧开设有与试样容纳空间连通的气体出口；所述气体运移试验样品为带有孔隙的透明试样，气体运移试验样品水平的固定安装在试样容纳空间的中部；所述倒置荧光显微镜与气体运移试验样品相对应的安装在支架的前端；所述高速摄像机装配于倒置荧光显微镜的物镜处，并对应气体运移试验样品的设置，用于采集气体运移试验样品的图像数据；所述激光发射器和反射镜片安装在支架的中部，且反射镜片位于激光发射器和高速摄像机之间；激光发射器用于向
反射镜片发出固定频率的激光；反射镜片用于将激光发射器发出的激光反射到气体运移试验样品上；所述气体质量流量检测设备位于气体运移试验样品的下方，并通过管路与微型流体耐压容器的气体出口连接，用于检测流出微型流体耐压容器的气体质量流量；
[0007]所述磁流体供应单元由液囊、注射泵、电磁阀一、输入压力表一和输入流量计一组成，所述液囊内填充有混合有磁性纳米粒子和荧光纳米颗粒的流体，所述注射泵的入口通过连通管路一与液囊的出液口连接，其出口通过硅胶管一与气体运移试验样品的液体入口连接，所述电磁阀一、输入压力表一和输入流量计一由入口端到出口端依次的串接在硅胶管一上；
[0008]所述气体供应单元由气囊、挤压泵、电磁阀二、输入压力表二和输入流量计二组成，所述气囊内填充有实验用气体，所述挤压泵的入口通过连通管路二与气囊的出气口连接，其出口通过硅胶管二与气体运移试验样品的气体入口连接，所述电磁阀二、输入压力表二和输入流量计二由入口端到出口端依次的串接在硅胶管二上；
[0009]所述工控机通过数据线分别与注射泵、电磁阀一、输入压力表一、输入流量计一、挤压泵、电磁阀二、输入压力表二、输入流量计二、磁场发生器、高速摄像机、激光发射器和气体质量流量检测设备连接。
[0010]进一步，为了可以根据不同需求在气体运移试验样品中制作出不同尺度和形状的孔隙，以能更全面的获得气体的运移特征，所述气体运移试验样品采用飞秒激光制作而成。
[0011]作为一种优选，所述支架由作为底座的钢板和作为立柱的钢筋焊接而成。
[0012]进一步，所述微型流体耐压容器的外表面还设置有加热装置，微型流体耐压容器的内部还设置有温度传感器，所述加热装置和温度传感器均与工控机连接，加热装置用于对试样容纳空间内部的气体运移试验样品和磁流体进行加热，温度传感器用于实时采集试样容纳空间内部的温度信号，并实时发送给工控机。通过加热装置的设置，可以对气体运移试验样品和磁流体进行加热，通过温度传感器的设置，可以有利于自动的对加热温度进行控制，进而可以研究特定温度对试样中气体运移及渗透率的影响。
[0013]本专利技术中，通过磁场发生器的设置，并使微型流体耐压容器设置在磁场发生器中，可以通过磁力大小来代替渗透压力，以达到模拟不同侧向力和渗透压对渗流的影响。通过高速摄像机的设置，可以获得磁流体于在气体运移试验样品内部渗透状态的清晰图像，由于磁流体中含有荧光纳米颗粒，进而有利于通过图像处理的方式来对样品内部荧光颗粒的浓度和发光强度进行初始状态标记和识别，从而可以准确的获得初始水膜厚度、气体运移过程中的水膜厚度变化情况，能有助于获得气体在多孔介质中的渗透和运移规律；通过工控机的设置，不仅可以便于实现实验过程的自动化控制，而且还可以自动的获取试验数据，并能及时准确的获得试验结果数据。同时，通过高速摄像机与倒置荧光显微镜的配合，能便于操作人员实时直观的观察到水膜厚度的变化情况，从而可以使试验过程能可视化的进行。通过气体质量流量检测设备的设置，能对流出的气体质量流量进行实时检测，有利于获得气体在多孔介质中的传输特征和渗透规律。相对于现有的模拟系统，本装置能充分考虑在磁场作用下磁流体的渗流过程，可研究在有无侧向力作用下的渗流规律，同时，能将无法捕捉到的气体运移过程通过水膜厚度的变化来进行实时直观的表征，可直观真实准确的反应出气体的运移特征，从而可以更好的研究气体在多孔介质中的运移特征。该装置结构简单、功能多样、可靠性高，且便于操作，有利于对气体的运移特征进行可靠性研究，适用于多
物理场耦合微观气体运移特征的实验使用，其适用于高校教学和科研院所对气体在多孔介质中运移的定量实验研究。
[0014]本专利技术还提供了一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：控制激光发射器启动工作，使其发射出固定频率的激光，并利用反射镜片将激光发射器发出的激光反射到气体运移试验样品上，；
[0016]步骤二：控制高速摄像机按照设定时间间隔进行实时高频率的拍照，以获得气体运移试验样品孔隙内的形态图像；
[0017]步骤三：控制注射泵启动工作，同时，通过输入压力表一和输入流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置，包括水膜厚度显示与图像数据采集系统、磁流体供应单元和气体供应单元；其特征在于，还包括工控机(14)；所述水膜厚度显示与图像数据采集系统由支架(11)、载物台(12)、磁场发生器(20)、微型流体耐压容器、气体运移试验样品(13)、倒置荧光显微镜(15)、高速摄像机(18)、激光发射器(19)、反射镜片(17)和气体质量流量检测设备(21)组成；所述载物台(12)固定连接在支架(11)的后端；所述磁场发生器(20)设置在载物台(12)上，用于产生符合试验要求的磁场强度；所述微型流体耐压容器设置在载物台(12)上，并置于磁场发生器(20)之中，微型流体耐压容器采用透明有机玻璃材料制成，其内部具有试样容纳空间，且其顶部开设有与试样容纳空间连通的液体入口和气体入口，其下部的一侧开设有与试样容纳空间连通的气体出口；所述气体运移试验样品(13)为带有孔隙的透明试样，气体运移试验样品(13)水平的固定安装在试样容纳空间的中部；所述倒置荧光显微镜(15)与气体运移试验样品(13)相对应的安装在支架(11)的前端；所述高速摄像机(18)装配于倒置荧光显微镜(15)的物镜处，并对应气体运移试验样品(13)的设置，用于采集气体运移试验样品(13)的图像数据；所述激光发射器(19)和反射镜片(17)安装在支架(11)的中部，且反射镜片(17)位于激光发射器(19)和高速摄像机(18)之间；激光发射器(19)用于向反射镜片(17)发出固定频率的激光；反射镜片(17)用于将激光发射器(19)发出的激光反射到气体运移试验样品(13)上；所述气体质量流量检测设备(21)位于气体运移试验样品(13)的下方，并通过管路与微型流体耐压容器的气体出口连接，用于检测流出微型流体耐压容器的气体质量流量；所述磁流体供应单元由液囊(1)、注射泵(2)、电磁阀一(3)、输入压力表一(4)和输入流量计一(5)组成，所述液囊(1)内填充有混合有磁性纳米粒子和荧光纳米颗粒的流体，所述注射泵(2)的入口通过连通管路一与液囊(1)的出液口连接，其出口通过硅胶管一(16)与气体运移试验样品(13)的液体入口连接，所述电磁阀一(3)、输入压力表一(4)和输入流量计一(5)由入口端到出口端依次的串接在硅胶管一(16)上；所述气体供应单元由气囊(6)、挤压泵(7)、电磁阀二(8)、输入压力表二(9)和输入流量计二(10)组成，所述气囊(6)内填充有实验用气体，所述挤压泵(7)的入口通过连通管路二与气囊(6)的出气口连接，其出口通过硅胶管二(23)与气体运移试验样品(13)的气体入口连接，所述电磁阀二(8)、输入压力表二(9)和输入流量计二(10)由入口端到出口端依次的串接在硅胶管二(23)上；所述工控机(14)通过数据线(22)分别与注射泵(2)、电磁阀一(3)、输入压力表一(4)、输入流量计一(5)、挤压泵(7)、电磁阀二(8)、输入压力表二(9)、输入流量计二(10)、磁场发生器(20)、高速摄像机(18)、激光发射器(19)和气体质量流量检测设备(21)连接。2.根据权利要求1所述的一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置，其特征在于，所述气体运移试验样品(13)采用飞秒激光制作而成。3.根据权利要求1或2所述的一种磁场作用下多孔介质孔道气体运移特征实验装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭维红，扈良玉，敬雅文，齐云超，王浩屹，赵栋辉，张薇，曹国华，赵慧明，程红梅，杨玉贵，张志镇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：