[发明专利]含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置及其方法

权利要求书

1.一种含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置，其特征在于：

包括测试部分和水浴恒温部分；

测试部分包括高压氮气瓶(1)、减压阀(2)、压力调节泵(3)、压力室(4)、储水瓶(5)、集气管(6)、集液杯(7)、天平(8)、数据采集系统(9)和第1～3阀门(V1～V3)；

水浴恒温部分包括恒温水浴箱(10)、温度传感器(11)、循环泵(12)、制冷系统(13)和第4～7阀门(V4～V7)；

其位置和连接关系是：

在恒温水浴箱(10)中设置有压力室(4)，在压力室(4)中设置有上下连接的试样(4-5)和陶土板(4-6)，给试样(4-5)提供测试的地方；

高压氮气瓶(1)、减压阀(2)和压力调节泵(3)依次通过管路连接至压力室上盖(4-11)的进气口(4-1)，给试样4-5提供气压环境；

储水瓶(5)、第1阀门(V1)和压力室(4)的进水口(4-9)依次连通，给试样(4-5)提供水压环境；

压力室(4)的出水口(4-8)、第2阀门(V2)、集气管(6)、第3阀门(V3)和集液杯(7)依次连通，集液杯(7)置于天平(8)上，天平(8)和数据采集系统(9)连接，测量试样(4-5)出水的变化；

温度传感器(11)的探头分别设置于恒温水浴箱(10)内的顶部、中间、底部，温度传感器(11)和数据采集系统(9)连接，测量试样(4-5)周围环境的温度；

在恒温水浴箱(10)内设置有导热铜管(10-4)，在恒温水浴箱(10)的左右侧壁分别设置有制冷液进口(10-5)、水循环进口(10-6)、制冷液出口(10-7)和水循环出口(10-8)；

水循环进口(10-6)、第5阀门(V5)、循环泵(12)、第6阀门(V6)和水循环出口(10-8)依次闭环连通，给试样(4-5)提供恒温环境；

制冷系统(13)的出口、第4阀门(V4)、制冷液进口(10-5)、导热铜管(10-4)、制冷液出口(10-7)、第7阀门(V4)和制冷系统(13)的入口依次闭环连通，给试样(4-5)提供制冷环境。

2.按权利要求1所述的含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置，其特征在于：

所述的压力室(4)包括进气口(4-1)、第1密封胶圈(4-2)、固定螺杆(4-3)、有机玻璃罩(4-4)、试样(4-5)、陶土板(4-6)、第2密封胶圈(4-7)、出水口(4-8)、进水口(4-9)、压力室底座(4-10)、上盖(4-11)、排水沟槽(4-12)；

其位置和连接关系是：

从下到上，底座(4-10)、有机玻璃罩(4-4)和上盖(4-11)通过3个均布的固定螺杆(4-3)连接成一个密封容器，接口处由O型的第1密封胶圈(4-2)和第2密封胶圈(4-7)进行密封处理；

在上盖(4-11)上设置有进气口(4-1)；

陶土板(4-6)直径由第2密封胶圈(4-7)嵌在底座(4-10)顶部，在陶土板(4-6)的上方设置有试样(4-5)，在陶土板(4-6)的下方设置有排水沟槽(4-12)、出水口(4-8)和进水口(4-9)。

3.按权利要求1所述的含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置，其特征在于：

所述的恒温水浴箱(10)包括水浴箱上盖(10-1)、上盖手柄(10-2)、水浴箱体(10-3)，导热铜管(10-4)、制冷液进口(10-5)、水循环进口(10-6)、制冷液出口(10-7)和水循环出口(10-8)；

其位置和连接关系是：

水浴箱上盖(10-1)和水浴箱体(10-3)上下连接成一个整体；

在水浴箱上盖(10-1)上设置有上盖手柄(10-2)；

在水浴箱体(10-3)内的上、下部分别设置有导热铜管(10-4)；

在水浴箱体(10-3)内壁的上部分别设置有制冷液进口(10-5)、水循环进口(10-6)；

在水浴箱体(10-3)内壁的下部分别设置有制冷液出口(10-7)和水循环出口(10-8)；

水浴箱上盖(10-1)为两个小长方形带有连接开孔的盖子合并而成，尺寸为40cm×40cm，厚3cm，内部填充保温隔热材料；开孔大小直径d＝4cm；

水浴箱体(10-3)为方形容器，尺寸为40cm×40cm×50cm，厚3cm，内部填充保温隔热材料。

4.基于权利要求1-3所述测试装置的测试方法，其特征在于：

本方法包括以下步骤：

①制样

根据目标水合物饱和度，配置不同浓度的四氢呋喃水溶液，对试样(4-5)抽真空后进行饱和24h，打开第4～7阀门(V4～V7)、制冷系统(13)和循环泵(12)，将饱和后的试样(4-5)装入密封袋置于水浴箱(10)中降温至-8℃进行诱导，3d后将水浴箱(10)升温至1℃保持14d，使THF完全转化为THF水合物；

四氢呋喃水溶液配置方法为：

m_H2O——四氢呋喃水溶液中水的质量；

m_THF——四氢呋喃水溶液中四氢呋喃的质量；

S_H——水合物饱和度；

②装样

考虑到压力室(4)在传热过程中的额外热量损耗，水浴温度应有一定的过冷度，降低恒温水浴箱(10)的温度至-1℃；用第2密封胶圈(4-7)将饱和后的陶土板(4-6)密封在压力室底座(4-10)，打开第1阀门(V1)，储水瓶(5)中的水通过进水口(4-9)对排水沟槽(4-12)及管路进行饱和处理；接着为使集液杯(7)中收集的液体确为试样(4-5)排出，打开第2阀门(V2)和第3阀门(V3)，使水通过管路并充满集气管(6)，排出集气管(6)中气体，关闭第1阀门(V1)；同时还应对集液杯(7)进行密封处理防止水分损失；接着将预制好的饱和含THF水合物试样(4-5)进行称重，随后置于陶土板(4-6)上，将第1密封胶圈(4-2)置入压力室上盖(4-11)槽口后密封压力室(4)并安装固定螺杆(4-3)；将压力室(4)整体置入恒温水浴箱(10)中，将所有管路连接好后合上水浴箱上盖(4-11)；

③检漏及加压

对放有集液杯(7)的天平(8)去皮，打开数据采集系统()9，打开高压氮气瓶(1)的气阀，控制减压阀(2)和压力调节泵(3)向压力室(4)中通入指定气压，在数据采集系统(9)填写施加气压数值，并设置数据采集时间间隔；若施加第一级压力2h后压力显示不变则可认为压力室密封性良好，试验可继续进行；

④测试

施加压力后，试样(4-5)排出的水分经管路进入集液杯(7)中，数据采集系统(9)实时读取天平(8)读数以判断基质吸力是否达到平衡；待天平(8)读数稳定后，便可施加下一级压力；

⑤计算

根据试验前测得的饱和含THF水合物试样(4-5)质量及出水量换算出各级吸力平衡后的含水率，再根据每一级的吸力值和含水率建立THF水合物沉积物的土水特征关系曲线。