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原文传递相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置及方法

专利名称：	相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置及方法
摘要：	本发明公开了一种相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置及方法，该装置包括计算机、PIV粒子成像仪、隔热透明箱、高压测试管；该方法包括步骤：一、控制缓冲罐内压；二、填充液态CO2；三、液态CO2升温；四、获取CO2液态向气态相变渗流粒子图像；五、CO2回收；六、获取温度变化CO2液态向气态相变的渗流参数；七、获取温压变化CO2液态向气态相变的渗流参数；八、填充汽液混合态CO2；九、气态CO2降温；十、获取CO2气态向液态相变的渗流的粒子图像；十一、CO2回收；十二、获取温度变化CO2气态向液态相变的渗流参数；十三、获取温压变化CO2气态向液态相变的渗流参数。本发明能测试单一因素下CO2相变渗流参数，获取相变动力、潜热对松散煤体内CO2渗流的影响机制。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安科技大学
发明人：	于志金;文虎;樊世兴;徐宇;程小姣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910578608.5
公开号：	CN110186833A
代理机构：	西安创知专利事务所
代理人：	谭文琰
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	710054 陕西省西安市雁塔中路58号
主权项：	1.相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置，其特征在于：包括隔热透明箱(16)和设置在隔热透明箱(16)内的高压测试管(21)，隔热透明箱(16)的内腔通过两个沿高压测试管(21)长度方向依次设置的隔热分隔板(20)分隔成三个腔室，高压测试管(21)依次穿过两个隔热分隔板(20)设置在隔热透明箱(16)内，每个所述腔室内设置有控温介质(17)，控温介质(17)通过加热制冷循环器(18)控制温度，高压测试管(21)的输入端设置有注入过渡腔室(14)，注入过渡腔室(14)经注入管路(9)与设置在隔热透明箱(16)旁侧的缓冲罐(8)连通，缓冲罐(8)通过气相输送管路(4)与二氧化碳储罐(1)的气相输出端(3)连接，缓冲罐(8)通过液相输送管路(5)与二氧化碳储罐(1)的液相输出端(2)连接，注入管路(9)上安装有温度变送器(10)、注入阀门(11)和压力变送器(12)，高压测试管(21)的输出端设置有排出过渡腔室(24)，排出过渡腔室(24)与排出管路(22)连通，排出管路(22)上安装有释放阀门(15)，注入过渡腔室(14)和排出过渡腔室(24)均位于隔热透明箱(16)内，高压测试管(21)内位于第一个腔室内的管段内、位于第二个腔室内的管段内和位于第三个腔室内的管段内均设置有温度传感器(19)，隔热透明箱(16)上位于第一个腔室外的箱体上、位于第二个腔室外的箱体上和位于第三个腔室外的箱体上均安装有显示器(25)，注入过渡腔室(14)内、排出过渡腔室(24)内以及高压测试管(21)内位于第一个腔室内的管段内、位于第二个腔室内的管段内和位于第三个腔室内的管段内均设置有压力传感器(28)，缓冲罐(8)内设置有游离态的标记玻璃微珠，松散煤体设置在高压测试管(21)内，隔热透明箱(16)外侧设置有用于采集高压测试管(21)内二氧化碳渗流图像的PIV粒子成像仪(26)；温度变送器(10)、压力变送器(12)、温度传感器(19)和PIV粒子成像仪(26)的信号输出端均与计算机(27)的信号输入端连接，注入阀门(11)、释放阀门(15)、加热制冷循环器(18)和显示器(25)均由计算机(27)控制。 2.按照权利要求1所述的相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置，其特征在于：所述缓冲罐(8)上安装有排空阀(6)和压力表(7)。 3.按照权利要求1所述的相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置，其特征在于：多个所述压力传感器(28)均与压力数据采集卡(13)连接，所述压力数据采集卡(13)的信号输出端与计算机(27)的信号输入端连接。 4.按照权利要求1所述的相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置，其特征在于：所述高压测试管(21)与注入过渡腔室(14)连接位置、高压测试管(21)与排出过渡腔室(24)连接位置均设置有纱网(23)。 5.按照权利要求1所述的相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置，其特征在于：所述标记玻璃微珠为Al2O3空心玻璃微珠。 6.按照权利要求1所述的相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量装置，其特征在于：所述排出管路(22)远离排出过渡腔室(24)的一端与气体回收设备连接。 7.一种利用如权利要求1所述装置进行相变作用下松散煤体内二氧化碳渗流测量的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、控制缓冲罐内压：预先在高压测试管(21)内设置松散煤体、在缓冲罐(8)内设置标记玻璃微珠、并关闭释放阀门(15)，通过二氧化碳储罐(1)的液相输出端(2)和气相输出端(3)向缓冲罐(8)内输送液态二氧化碳和气态二氧化碳，控制缓冲罐(8)内液态二氧化碳汽化，进而控制缓冲罐(8)内压，使其达到第一指定压力；步骤二、高压测试管内填充液态二氧化碳：利用缓冲罐(8)与高压测试管(21)之间的压差，使缓冲罐(8)内的液态二氧化碳流入高压测试管(21)内，同时三个加热制冷循环器(18)控制三个腔室内控温介质(17)恒温，使其流入高压测试管(21)内的二氧化碳保持为液态，直至高压测试管(21)内液态二氧化碳压力稳定，关闭注入阀门(11)，利用温度变送器(10)和压力变送器(12)实时采集注入管路(9)内的温度和压力，利用温度传感器(19)和压力数据采集卡(13)实时采集位于隔热透明箱(16)内的二氧化碳的温度和压力；步骤三、液态二氧化碳升温：控制任一加热制冷循环器(18)，使该加热制冷循环器(18)对其对应的控温介质(17)进行升温，且升至第一指定温度，驱使高压测试管(21)中对应的管段内的液态二氧化碳相变；步骤四、获取松散煤体内液态二氧化碳向气态二氧化碳相变的渗流的粒子图像：利用PIV粒子成像仪(26)追踪高压测试管(21)内的标记玻璃微珠，进而获取控温介质(17)升至第一指定温度下，松散煤体内液态二氧化碳向气态二氧化碳相变的渗流流场的矢量图、速度云图、流线图、速度梯度图；并记录对应位置对应温度和压力值，结合Span–Wagner状态方程计算得到流体密度；步骤五、二氧化碳回收：打开释放阀门(15)，驱使液态二氧化碳向气态二氧化碳相变，排出管路(22)远离排出过渡腔室(24)的一端连接有气体回收设备，利用气体回收设备对高压测试管(21)内的二氧化碳进行回收；步骤六、更换高压测试管(21)，更新设置步骤三中第一指定温度数值，重复步骤一至步骤五，获取不同温度变化下，液态二氧化碳向气态二氧化碳相变的渗流参数；步骤七、多次循环步骤一至步骤六，更新设置步骤一中第一指定压力数值，获取不同压力不同温度变化下，液态二氧化碳向气态二氧化碳相变的渗流参数；步骤八、高压测试管内填充汽液混合态二氧化碳：预先在高压测试管(21)内设置松散煤体、在缓冲罐(8)内设置标记玻璃微珠、并关闭释放阀门(15)，通过二氧化碳储罐(1)的液相输出端(2)和气相输出端(3)向缓冲罐(8)内输送液态二氧化碳和气态二氧化碳，控制缓冲罐(8)内液态二氧化碳汽化，进而控制缓冲罐(8)内压，使其达到第二指定压力；利用缓冲罐(8)与高压测试管(21)之间的压差，使缓冲罐(8)内的液态二氧化碳和气态二氧化碳先后流入高压测试管(21)内，同时三个加热制冷循环器(18)控制三个腔室内控温介质(17)恒温，使其流入高压测试管(21)内的二氧化碳保持为汽液混合态，直至高压测试管(21)内液态二氧化碳压力稳定，关闭注入阀门(11)，利用温度变送器(10)和压力变送器(12)实时采集注入管路(9)内的温度和压力，利用温度传感器(19)和压力数据采集卡(13)实时采集位于隔热透明箱(16)内的二氧化碳的温度和压力；步骤九、气态二氧化碳降温：控制任一加热制冷循环器(18)，使该加热制冷循环器(18)对其对应的控温介质(17)进行降温，且降至第二指定温度，驱使高压测试管(21)中对应的管段内的气态二氧化碳相变；步骤十、获取松散煤体内气态二氧化碳向液态二氧化碳相变的渗流的粒子图像：利用PIV粒子成像仪(26)追踪高压测试管(21)内的标记玻璃微珠，进而获取控温介质(17)降至第二指定温度下，松散煤体内气态二氧化碳向液态二氧化碳相变的渗流流场的矢量图、速度云图、流线图、速度梯度图；并记录对应位置对应温度和压力值，结合Span–Wagner状态方程计算得到流体密度；步骤十一、二氧化碳回收：过程与步骤五相同；步骤十二、更换高压测试管(21)，更新设置步骤九中第二指定温度数值，重复步骤八至步骤十一，获取不同温度变化下，气态二氧化碳向液态二氧化碳相变的渗流参数；步骤十三、多次循环步骤八至步骤十二，更新设置步骤八中第二指定压力数值，获取不同压力不同温度变化下，气态二氧化碳向液态二氧化碳相变的渗流参数。 8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤二中所述控温介质的温度不高于-56.6℃。
所属类别：	发明专利