[发明专利]提高填砂模型中流体扩散速度的装置及方法

权利要求书

1.一种提高填砂模型中流体扩散速度的装置，其特征在于，包括：岩心筒、填砂模型、搅拌装置和磁环装置，其中，

所述填砂模型是在所述岩心筒内填砂、压实后制成，填砂过程中，在所述填砂模型内的预定位置放置所述搅拌装置；

所述搅拌装置的大小为毫米级，其内部设有微磁极搅拌子，在所述磁环装置产生的磁场作用下，所述微磁极搅拌子在所述搅拌装置内进行往复运动，对所述搅拌装置内的流体进行搅拌；

所述磁环装置包括磁环，所述磁环套设于所述岩心筒外，所述磁环装置可在所述岩心筒的轴线方向上移动，所述磁环与所述岩心筒同轴。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述搅拌装置具有网状外壳，供流体通过且阻止外部砂粒的进入。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述网状外壳为铜质。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微磁极搅拌子在各端面方向上的最大面积大于所述网状外壳的网孔面积。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微磁极搅拌子为强力永磁体。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁环装置还包括：移动支架、与所述移动支架连接的伸缩架、以及控制机构，其中，

所述移动支架，可在所述岩心筒的轴线方向上移动，随着所述移动支架的移动，所述磁环移动到所述搅拌装置的对应位置，使得在所述磁环装置产生的磁场作用下，所述微磁极搅拌子能够在所述搅拌装置内进行往复运动；

所述伸缩架，用于支撑和固定所述磁环，上下调整所述磁环的位置；

所述磁环固定于所述伸缩架上，所述磁环内侧安装对称电磁铁；

所述控制机构，通过控制线路与所述磁环相连，用于控制所述磁环产生磁场，所述控制机构包括手持控制器和位于所述移动支架上的控制箱，其中，所述手持控制器用于控制磁场强度和磁极方向，其输出信号调节所述控制箱的输出电压及变换频率，所述控制箱根据所述手持控制器的输出信号对电压进行实时变换，为磁场提供所需的输入电压。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电磁铁是插有铁芯的通电螺线管，通过改变所述铁芯的电流方向和强度，改变磁极方向和磁场强度，产生交变磁场。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，采用以下公式确定所述磁环的参数：

计算铁芯在设计位置的气隙磁导Λ_δ：

其中，δ为磁极间气隙长度，a和b为铁芯的截面边长，μ₀为真空磁导率，K_c为叠片系数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

采用以下公式计算所述铁芯的横截面积S：其中，F₀为电磁吸力设计值，B_δm为线圈电压下限时工作气隙磁通密度，U₁为线圈电压下限值，B_cm为额定电压时铁芯磁通密度，U_N为线圈的额定电压，K_N为线圈反电动势E与U_N的比值，σ为设计点漏磁系数；

采用以下公式计算所述铁芯的截面边长a：其中，a＝b，ε＝a/b＝1。

10.一种提高填砂模型中流体扩散速度的方法，其特征在于，包括：

将磁环装置的磁环套设于岩心筒外且与所述岩心筒同轴，沿着所述岩心筒的轴线方向将所述磁环移动到所述填砂模型内搅拌装置的对应位置，其中，所述搅拌装置的大小为毫米级，其内部设有微磁极搅拌子；所述对应位置是在所述磁环装置产生的磁场作用下，所述微磁极搅拌子能够在所述搅拌装置内进行往复运动的位置；

通过所述磁环装置的控制机构控制所述磁环内侧对称设置的电磁铁按照预定强度交替变化磁极，产生磁场；

所述微磁极搅拌子在所述磁场的作用下在所述搅拌装置内进行往复运动，对所述搅拌装置内的流体进行搅拌。