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原文传递一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法

专利名称：	一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法
摘要：	本发明提供一种多功能的低渗介质气体渗透率测试装置，该装置包括试验装置和气体注入装置。试验装置包括顶盖，底座和主体。通过将顶盖和底座的小圆柱体完全嵌入主体并紧固以形成渗透室。同时可以进行不同反压下稳态法和瞬态法下的低渗试样气体渗透试验。本发明还提供了上述试验装置的测试方法。工作时，通过对试样上下端施加气压，可以获得不同气体压力、不同干密度对低渗介质气体滑脱效应的影响。可以从反压端气体压力变化和流量变化两方面鉴别气体突破压力大小。可以获得不同上下端压差变化过程中的试样排水情况和饱和度的演化规律。本发明装置简便易操作，功能齐全，可有效地获得低渗介质的气体渗透特性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	合肥工业大学
发明人：	查甫生;朱方华;许龙;康博;刘晶晶
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910336932.6
公开号：	CN110044792A
代理机构：	合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王挺
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	230009 安徽省合肥市屯溪路193号
主权项：	1.一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，包括试验装置(15)和气体注入装置，其特征在于，所述试验装置(15)包括顶盖(18)、底座(23)、主体(21)和二片透水石(20)；所述主体(21)为一空心圆柱体，其内径记为L1，高度记为h1；所述顶盖(18)和底座(23)的形状完全相同，由直径不同的二个同轴圆柱体构成，记小同轴圆柱体的高度为h2，直径为L2，2h2＜h1，L2＝L1-△L，间隙△L为0.5mm-1.5mm；记小同轴圆柱体与大同轴圆柱体的非接触面为下底面(26)，下底面(26)的中心位置开有通道口B(25)，顶盖(18)和底座(23)的大同轴圆柱体外壁开有通道口A(24)，通道口A(24)与通道口B(25)之间开有通道(17)；二片透水石(20)分别镶嵌在顶盖(18)和底座(23)的下底面(26)上；将顶盖(18)和底座(23)的二个小同轴圆柱体从上下二个方向嵌入主体(21)的内腔，形成封闭的渗透室(22)；所述气体注入装置包括空气储气罐(1)、不锈钢钢管(3)、气体缓冲罐(4)、两通接头A(5)、减压阀A(6)、压力传感器A(7)、二通球阀A(8)、减压阀B(9)、压力传感器B(10)、二通球阀B(11)、两通接头B(12)、三通球阀(13)和压力体积控制器(14)；气体缓冲罐(4)的一端通过不锈钢管(3)与空气储存罐(1)连接，另一端通过二通接头A(5)将气体分成两个支流进行分流，一路经减压阀A(6)、压力传感器A(7)以及二通球阀A(8)与底座(23)上的通道口A(24)相连；另一路经减压阀B(9)、压力传感器B(10)、二通球阀B(11)到达两通接头B(12)；所述两通接头B(12)的一端与顶盖(18)上的通道口A(24)相连，另一端经三通球阀(13)与压力体积控制器(14)相连。 2.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，其特征在于，所述透水石(20)为304不锈钢材质，孔隙为55μm且误差小于5.0μm。 3.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，其特征在于，所述顶盖(18)、底座(23)与主体(21)嵌入的底面上均镶有密封圈(19)。 4.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，其特征在于，所述顶盖(18)和底座(23)上的大同轴圆柱体的直径与主体(21)外径相同。 5.根据权利要求1所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，将需要进行测试的试样干密度范围均分为F份，得到F种预设试样干密度和F个预定试样，对F个预定试样逐个进行注水饱和试验、稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，其中任一个预定试样的具体测试步骤均如下：步骤1，试样装填将预定试样的预设试样干密度记为ρd，计算填满渗透室(22)所需预定试样质量ms，然后将预定试样倒入嵌有底座(23)的渗透室(22)中，且在预定试样顶部和底部均垫有滤纸，再将顶盖(18)完全嵌入主体(21)中并紧固，完成预定试样的装填；步骤2，注水饱和试验将试验装置(15)与压力体积控制器(14)连接，并将压力体积控制器(14)加满蒸馏水后，对渗透室(22)中的预定试样进行恒定压力P的注水饱和试验，同时记录蒸馏水注入水量Vw随时间的变化；当预定试样已达到饱和状态，注水饱和试验结束；步骤3，接入气体注入装置将试验装置(15)与气体注入装置进行连接；接入前，将压力体积控制器(14)中蒸馏水排空，并检查气体注入装置，确保各个阀门均处于断开状态；步骤4，开始气体渗透试验打开空气储存罐(1)的阀门，使气体经不锈钢钢管(3)进入气体缓冲罐(4)，进行气体渗透试验；所述气体渗透试验包括稳态法气体渗透试验和瞬态法气体渗透试验，稳态法气体渗透试验按照步骤5执行，瞬态法气体渗透试验按照步骤6执行；步骤5，稳态法气体渗透试验步骤5.1，设定稳态法目标压力P1，稳态法初始压力P0，且P0＞P1≥0，所述目标压力P1为稳态法试验中的反压端压力，由压力体积控制器(14)控制；所述稳态法初始压力P0为气体注入压力；压力单位均为kPa；步骤5.2，关闭减压阀B(9)和二通球阀B(11)；打开三通球阀(13)使压力体积控制器(14)与试验装置(15)之间连通；调节压力体积控制器(14)至步骤5.1设定的稳态法目标压力P1，并将气体体积调至0；调节减压阀A(6)至步骤5.1设定的稳态法初始压力P0；步骤5.3，打开二通球阀A(8)，对预定试样进行气体渗透试验，并记录气体体积Va随时间t的变化；所述气体体积Va是指在时间t内气体渗透预定试样并进入压力体积控制器(14)的气体体积；步骤5.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件之一，计算预定试样的气体渗透率K，并结束稳态法气体渗透试验，进入步骤7；所述试验终止条件为以下两种： ①渗透预定试样的气体充满压力体积控制器(14)； ②试验过程中，当渗透试样的气体流量Qa趋于恒定值d，且在5min的时间内，气体流量Qa与d的差值均不超过0.01ml/min；气体流量Qa计算公式如下： \|Qa-d\|≤0.01，其中，气体流量Qa的单位为ml/min，Δv1为Δt1时间内流进压力体积控制器(14)的气体体积，单位为ml，d为气体流量的恒定值；所述预定试样的气体渗透率K的计算公式如下：其中，μ为气体的粘滞系数，单位为Pa·s；P′为大气压(101.3kPa)；L为预定试样高度，单位为m；A为预定试样横截面积，单位m2；步骤6，瞬态法气体渗透试验步骤6.1，设定瞬态法反压端压力P3，瞬态法初始压力P2，且P2＞P3≥0，所述瞬态法反压端压力由减压阀B(9)控制；所述瞬态法初始压力P2为气体注入压力，由减压阀A(6)控制；压力单位均为kPa；步骤6.2，断开三通球阀(13)，使试验装置(15)上下端形成闭合回路；打开减压阀A(6)和减压阀B(9)，分别将减压阀A(6)和减压阀B(9)调整至步骤6.1设定的瞬态法初始压力P2和瞬态法反压端压力P3；步骤6.3，再打开二通球阀A(8)和二通球阀B(11)，待气压稳定后断开减压阀A(6)和减压阀B(9)；同时记录瞬态法初始压力P2和瞬态法反压端压力P3随时间的变化情况；步骤6.4，检验是否满足设定的试验终止条件，如果满足终止条件，计算预定试样的气体渗透率K，并结束瞬态法气体渗透试验，进入步骤7；所述试验终止条件为：试验时，P2与P3之间差距逐渐减小，并在10min时间之内，均满足P2-P3≤3kPa；所述预定试样的气体渗透率K的计算如下：其中，R为通用气体常数；T为试验时的温度，单位℃；dn为气体在时间间隔dt内通过预定试样的物质的量，单位为mol，时间间隔dt的单位为s；步骤7，检查F个预定试样中是否还有预定试样未进行以上试验，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。 6.根据权利要求5所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，步骤1所述预定试样质量ms的计算公式为： ms＝ρdV 其中，V为渗透室(22)的体积，单位为cm3，预设试样干密度ρd的单位为g/cm3，预定试样质量ms的单位为g。 7.根据权利要求5所述的一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，步骤2所述预定试样已达到饱和状态的认定条件为：预定试样注入水量Vw是预定试样孔隙体积Vv的2～4倍；所述预定试样孔隙体积Vv的计算公式如下： Vv＝nV 其中，预定试样孔隙体积Vv的单位为m3；n为预定试样的孔隙度，单位为％；V为渗透室(22)的体积，单位为cm3。
所属类别：	发明专利