多功能砂柱水气渗流试验仪制造技术

本实用新型专利技术提供了一种研究包气带水气运移的多功能砂柱水气渗流试验仪，可测定包气带基本参数和模拟一维二相流。实验装置主要包括试样有机玻璃柱(8)和变径装置，试样有机玻璃柱(8)上端设有气压调节装置(10)，下端设有底座(9)，柱体上设有10个测压孔(1)，乳胶管(4)的一端与一测压孔(1)相连通，乳胶管(4)的另一端可选择性得与可拆卸细玻璃管(2)或传感器保护罩(6)相连通，BARO?DIVER(5)位于传感器保护罩(6)中，乳胶管(11)的两端分别与有机玻璃柱进水口(16)和变径装置出水口(16)相连通，变径装置上半部分为细玻璃管(13)，变径装置下半部分为底座(18)，MINI?DIVER(12)位于变径装置底座(18)中。本实用新型专利技术具有结构简单，测定准确，可实现自动化和进行多种实验类型的特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种室内包气带流体运移测定装置，尤其是可同时测定包气带水气二相渗流参数和模拟一维水气二相流的多功能实验装置。
技术介绍
包气带是地面以下、地下水面以上的土壤和岩石空间，既包含水、又包含空气，是联结地表环境和岩石圈的纽带，也是陆地植物生态系统 的基础。在水利工程、水土保持、生态环境、地质工程等领域，包气带都是关键研究对象。包气带是由气、液、固三相物质组成的体系，水在其中的运动实质是水气两种互不混溶的流体在孔隙中相互驱替的过程。但是传统的包气带试验研究偏重于水相，往往忽略空气流动。实际上空气与水的运动是彼此相互影响的。近年来，包气带水分和空气的耦合渗流机制在科学界和工程界都越来越受到重视。在传统的土壤水动力学领域，为了测定包气带水分运移参数、研究土壤水转化机理，需要借助一定的实验仪器。其中，砂柱是使用最广泛的室内试验装置，如给水度仪就是一种测定土壤释水过程参数的砂柱试验装置。但是，传统的砂柱试验装置结构简单、目的单一，难以适应较为复杂的科学实验需求。例如，使用普通砂柱难以测定土壤水分特征曲线、而往往不得不使用昂贵而耗时费力的压力膜仪。此外，普通砂柱装置也无法观测水、气二相流过程。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种操作方便、精度可靠、实现自动化，可同时测定包气带水相、气相基本参数和模拟一维水气二相流的多功能砂柱水气渗流试验仪。为了实现上述目的，本技术的技术方案是一种多功能砂柱水气渗流试验仪，它包括支架19，固定于支架上的试样有机玻璃柱8和变径装置，试样有机玻璃柱8上设有10个测压孔I，一乳胶管4的两端分别与试样有机玻璃柱8上的一测压孔I和可拆卸细玻璃管2相连通，另一乳胶管4的两端分别与试样有机玻璃柱8上的一测压孔I和传感器保护罩6相连通，BARO DIVER 5位于传感器保护罩6内，试样有机玻璃柱8的上端设有气压调节装置10，试样有机玻璃柱8的下端设有底座9，底座9下端设有接口 16 ;变径装置包括细玻璃管13和底座18，变径装置细玻璃管13顶部设有防蒸发盖15，变径装置底座18中装有MINI DIVER 12，变径装置底座18下端设有接口 16，接口 16上装有控制阀门17，乳胶管11的两端分别与试样有机玻璃柱底座9的进水口 16和变径装置底座18的出水口 16连通。所述的细玻璃管2是可拆卸的，与测压孔I连接的数量和位置可根据实际情况进行灵活组合。所述的传感器保护罩6中可放入BARO DIVER 5以连续自动测定砂柱包气带中气压的变化，其在保证试样有机玻璃柱8中的气压与传感器保护罩6中的气压一致的同时可避免BARO DIVER 5直接与砂样和水接触，从而对BARO DIVER 5起到保护作用。所述的试样有机玻璃柱底座9可作为缓冲区，避免进水时冲击砂样造成管涌。气压调节装置10的左侧设有溢水孔，气压调节装置10的上端设有气孔，可以进气也可以排气，气孔通过乳胶管与气体流量计相连便可获知气体流量，这两个孔可根据试验需要灵活开关以控制砂柱密闭与否。气压调节装置10和底座9通过法兰、螺栓与有机玻璃柱主体连接。所述的变径装置既可作为注水装置，又可作为释水装置，上端细玻璃管13的管径为l_5cm，砂柱中水位的细微变化便可通过其得以放大，方便观测；下端底座18的管径为5-7cm，可装入MINI DIVER 12以自动连续测定变径装置中水位的变化，同时在进水时可起到缓冲作用。此外，细玻璃管13上设有高度标志14，顶部设有防蒸发盖15，底部设有螺纹接口与底座18对接，可根据试验的具体要求灵活更换为所需直径的玻璃管。所述的接口 16既可以进水，也可以出水。试样有机玻璃柱8和变径装置13、18都固定于支架19上，支架19上的挡板可根 据实际需要灵活调节高度。本技术采用BARO DIVER 5测定气压的变化，MINI DIVER 12测定水位的变化，实现自动连续观测，从而方便精确得了解包气带气压的变化及其与潜水水位的关系。通过气压调节装置10可控制砂柱的气密性，方便连接流量计以实现测定或控制气体流量。采用变径装置13、18，具有测定方便，精度高，灵活性强的特点。采用传感器保护罩6，在保证测定目标的同时可对传感器起到保护作用。本技术结构简单，操作方便，精度可靠，可以获取土壤水分特征曲线进气值，包气带气压的瞬间变化值等常规试验难以测定的参数，减小由于试样尺寸小对实验造成的误差；实现自动化，节省人力，减小人为误差，保证实验数据的连续性和精确性；可开展多种实验类型，测定土壤水分特征曲线，渗透系数等水气二相流基本参数，模拟一维水气二相流过程，解决了传统实验装置结构固定，目的单一的问题，具有广泛的应用前景和继续开发的潜力。附图说明图I为本技术的结构示意图图中1_测压孔，2-可拆卸细玻璃管，3-实验夹，4-乳胶管，5-BAR0 DIVER，6_传感器保护罩，7-试样，8-试样有机玻璃柱，9-底座，10-气压调节装置，11-乳胶管，12-MINIDIVER, 13-变径装置细玻璃管，14-刻度，15-防蒸发盖，16-接口，17-控制阀门，18-变径装置底座，19-支架；图2为图I的传感器保护罩6放大图；图3为图I的变径装置13、18放大图；图4a为本技术实施例I中van Genuchten公式拟合实测土壤水分特征曲线；图4b为本技术实施例I中压力膜仪法与砂柱试验结果对比图；图5a为本技术实施例2中砂柱进水时包气带正压随时间的变化；图5b为本技术实施例2中干湿细砂的砂柱进水曲线对比图。具体实施方式如图I所示，多功能砂柱水气渗流试验仪包括可拆卸细玻璃管2，传感器保护罩6，试样有机玻璃柱8和变径装置，试样有机玻璃柱8上设有10个测压孔1，一乳胶管4的两端分别与试样有机玻璃柱8上的一测压孔I和左侧可拆卸细玻璃管2相连通，另一乳胶管4的两端分别与试样有机玻璃柱8上的一测压孔I和传感器保护罩6相连通，试样有机玻璃柱8的上端为气压调节装置10，气压调节装置10左侧设有溢水孔，上端设有气孔，试样有机玻璃柱8的下端为底座9，底座9的两侧分别设有接口 16，接口 16上设有阀门17。使用时，试样7装于有机玻璃柱8内。变径装置包括细玻璃管13和底座18，细玻璃管13上设有高度标志14，细玻璃管13的顶端设有防蒸发盖15，细玻璃管13的下端设有螺纹接口与底座18对接，底座18的两侧分别设有接口 16，接口 16上设有阀门17。使用时，将MINI DIVER 12装入底座18后，通过变径螺纹接口将底座18与细玻璃管13相连通。乳胶管11的两端分别与试样有机玻璃柱底座9的进水口 16和变径装置底座18的出水口 16相连通。有机玻璃柱8和变径装置13、18都固定于支架19上。所述的传感器保护罩6中可放入BARO DIVER 5，通过乳胶管4与试样有机玻璃柱8上的一测压孔I相连。下述实施例I测定土壤水分特征曲线不需要启用该装置，它主要用 于水气二相流的模拟。所述的可拆卸细玻璃管2与测压孔I连接的数量和位置可根据试验需要进行灵活组合。若测定饱和渗透系数则需将多个测压孔I分别通过乳胶管4与可拆卸细玻璃管2连接，以测定试样有机玻璃柱不同高度处的水头；若测定土壤水分特征曲线，则不需要启用测压孔I和细玻璃管2，将测压孔I本文档来自技高网...

【技术保护点】
多功能砂柱水气渗流试验仪，其特征是包括支架(19)，固定于支架上的试样有机玻璃柱(8)和变径装置，试样有机玻璃柱(8)上设有10个测压孔(1)，一乳胶管(4)的两端分别与试样有机玻璃柱(8)上的一测压孔(1)和可拆卸细玻璃管(2)相连通，另一乳胶管(4)的两端分别与试样有机玻璃柱(8)上的一测压孔(1)和传感器保护罩(6)相连通，BARO？DIVER(5)位于传感器保护罩(6)内，试样有机玻璃柱(8)的上端设有气压调节装置(10)，试样有机玻璃柱(8)的下端设有底座(9)，底座(9)下端设有接口(16)；变径装置包括细玻璃管(13)和底座(18)，变径装置细玻璃管(13)顶部设有防蒸发盖(15)，变径装置底座(18)中装有MINI？DIVER(12)，变径装置底座(18)下端设有接口(16)，接口(16)上装有控制阀门(17)，乳胶管(11)的两端分别与试样有机玻璃柱底座(9)的进水口(16)和变径装置底座(18)的出水口(16)连通。

【技术特征摘要】
1.多功能砂柱水气渗流试验仪，其特征是包括支架(19)，固定于支架上的试样有机玻璃柱(8)和变径装置，试样有机玻璃柱(8)上设有10个测压孔(I)，一乳胶管(4)的两端分别与试样有机玻璃柱⑶上的一测压孔⑴和可拆卸细玻璃管⑵相连通，另一乳胶管(4)的两端分别与试样有机玻璃柱⑶上的一测压孔(I)和传感器保护罩(6)相连通，BARODIVER(5)位于传感器保护罩￠)内，试样有机玻璃柱(8)的上端设有气压调节装置(10)，试样有机玻璃柱(8)的下端设有底座(9)，底座(9)下端设有接口(16);变径装置包括细玻璃管(13)和底座(18)，变径装置细玻璃管(13)顶部设有防蒸发盖(15)，变径装置底座(18)中装有MINI DIVER(12)，变径装置底座(18)下端设有接口(16)，接口 (16)上装有控制阀门(17)，乳胶管(11)的两端分别与试样有机玻璃柱底座(9)的进水口(16)和变径装置底座(18)的出水口(16)连通。2.根据权利要求I所述的多功能砂柱水气渗流试验仪，其特征是所述的细玻璃管(2)是可拆卸的，与测压孔(I)连接的数量和位置可根据实际情况进行灵活组合。3.根据权利要求I所述的多功能砂柱水气渗流试验仪，其特征是所述的传感器保护罩(6)在保证试样有机玻璃柱(8)中的气压与传感器保护罩(6)中的气压一致的同时可避免BARO DIVER (5)直接与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈添斐，王旭升，钱静，董佩，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：实用新型
国别省市：