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原文传递一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置及方法

专利名称：	一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置及方法
摘要：	本发明公开一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置，其包括外部系统和芯片夹持器系统。高精度液压泵通过流量计将液体以需要的流速注入到芯片刻画好的通道中，流量传感器时刻监测流体流量并反馈调节泵中的压力。在获取芯片通道内静态接触角时，逆流阀保障流体不会发生回流而破坏实验数据，结合进、出口压力计数值差可计算芯片通道的渗透率。芯片夹持器、芯片放置在显微镜的载物台上，三维显微镜将观察对象放大，高速摄像机抓拍流体流动全过程并时时将数据、图像传输到数据采集装置中。本发明可通过调控单一物理场变化观测某一个因素对于两项微观流动的影响，也可同时改变多个物理场的条件，保证高速摄像机对整个流动过程能够精确抓拍。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	张继成;陈中伟;王春光;程先振;梁伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910173766.2
公开号：	CN109932298A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	邵朋程
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	266590 山东省青岛市黄岛区经济技术开发区前湾港路579号
主权项：	1.一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置，其特征在于：包括滑盖式玻璃箱，在滑盖式玻璃箱的内部设置有PMMA芯片试件，所述PMMA芯片试件的内部形成有裂隙通道；在PMMA芯片试件的一端设置有入口孔，入口孔通过液体输入管道与第一液压泵连接，在液体输入管道上设置有第一流量计和逆流阀，在液体输入管道上还连接有流量传感器，流量传感器与第一液压泵连接；在PMMA芯片试件的另一端设置有出口孔，出口孔与液体输出管道连接，在液体输出管道上设置有第二流量计；在PMMA芯片试件的两短边处设置有用于加压的第一加压装置，所述第一加压装置包括液压腔，在液压腔的内部设置有液压活塞，液压腔的一端与PMMA芯片试件的短边处连接，液压腔的另一端通过液压管道与第二液压泵连接；在PMMA芯片试件的两长边处设置有用于加压的第二加压装置，所述第二加压装置包括压力槽，在压力槽的内部设置有气囊和橡胶塞，所述橡胶塞位于气囊和PMMA芯片试件之间，所述气囊通过气体管道与气泵连接；在滑盖式玻璃箱的一侧设置有三维显微镜，三维显微镜通过转接线与高速摄像机连接，高速摄像机与数据处理装置连接。 2.根据权利要求1所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置，其特征在于：在滑盖式玻璃箱的内部还设置有电热丝、散热片以及用于检测滑盖式玻璃箱内部温度的温度传感器。 3.根据权利要求1所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置，其特征在于：所述液压腔包括相连通的第一腔室和第二腔室，第一腔室的截面面积小于第二腔室的截面面积，第二腔室位于第一腔室和PMMA芯片试件之间，所述液压活塞安装于第一腔室中，在第一腔室的端头处设置有密封塞。 4.根据权利要求1所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置，其特征在于：在液压腔与PMMA芯片试件的连接处设置有半圆柱基座，半圆柱基座的平面部分与PMMA芯片试件接触，且半圆柱基座的平面部分设置为软层。 5.根据权利要求1所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置，其特征在于：在PMMA芯片试件的长边处设置有第一压力感应片，第一压力感应片与第一压力传感器连接，第一压力传感器与气泵连接；在液压腔连接PMMA芯片试件的位置处设置有第二压力感应片，第二压力感应片与第二压力传感器连接，第二压力传感器与第二液压泵连接。 6.一种耦合作用下微尺度流动可视化测试方法，采用如权利要求1-5中所述的装置，具体包括以下步骤： (1)将预制好的PMMA芯片试件放入滑盖式玻璃箱中，通过夹具固定，并与液体输入管道、液体输出管道、第一加压装置和第二加压装置连接起来；调整好三维显微镜，并将三维显微镜、高速摄像机与数据处理装置依次连接； (2)通过电热丝、散热片以及温度传感器实时调节滑盖式玻璃箱内部至合适试验温度； (3)通过第二液压泵、液压管道、液压活塞和液压腔向PMMA芯片试件的两短边施加液体压力，通过气泵、气体管道、气囊和橡胶塞向PMMA芯片试件的两长边施加气体压力；气体压力和液体压力分别通过第一压力感应片、第一压力传感器和气泵，以及第二压力感应片、第二压力传感器和第二液压泵进行调节； (4)通过第一液压泵、液体输入管道和入口孔向PMMA芯片试件的裂隙通道内注入液体，PMMA芯片试件的裂隙通道内的液体通过出口孔和液体输出管道排出，分别通过第一流量计和第二流量计对液体输入管道内的液体流量以及液体输出管道内的液体流量进行测量； (5)通过三维显微镜和高速摄像机采集微观流动数据，并将数据传送至数据处理装置，利用数据处理装置进行处理分析。 7.根据权利要求6所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试方法，其特征在于：通过第一加压装置和第二加压装置结合使用模拟流动通道的应力场的改变；通过更换表征不同时刻煤岩裂隙形状、特性的芯片，观测其流动数据，通过多组实验衔接以模拟宏观试样动态变化。 8.根据权利要求6所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试方法，其特征在于：通过调控单一物理场变化观测某一个因素对于微观流动的影响；或同时改变多个物理场的条件，以观测多个因素改变对于微观流动的影响。 9.根据权利要求6所述的一种耦合作用下微尺度流动可视化测试方法，其特征在于：水驱气实验中，对注入液体经过去离子化以及染色处理，以便于观测二者的前锋线、接触角、流动速度以及气泡变形。
所属类别：	发明专利