[发明专利]一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法，由计算机、支架、注射泵、光学显微镜、激光发射器、液囊/气囊等构成。液囊/气囊中流体通过注射泵产生符合试验要求的压力及流量。注射泵中流体经过硅胶管以及电磁阀、流量计、压力表进入渗流试验样品。渗流实验样品放置在支架上，通过光学显微镜可以观察到渗流样品内部的渗流流体形态。通过安装在显微镜上的高速摄像头将图像等数据采集到计算机当中。本发明解决了以往微观渗流试验只能观察流动状态而不能得出渗流过程中流体速度的问题。

技术领域

本发明涉及一种微观渗流实验装置，尤其适用于高校教学和科研院所渗流流场定量实验研究，是一种研究微观渗流场各种参数和非牛顿流体流动特性的实验装置。

背景技术

渗流是一种非常复杂的过程，很多流动规律有待研究，如果单纯用数理分析，在多数情况下难以得出正确结果，从而必须依赖于实验来探索规律、验证理论、解决生产实际问题。渗流流场显示和渗流流场模拟是流体力学发展的两大核心任务，其中流场的显示技术是为了更好的从直观上了解整个流场的分布，掌握流动特点，帮助建立理论分析模型，而且可以从流动图像中获得信息，检验理论分析结果，发现新的现象。

目前的微观渗流试验装置和方法很多，但很多试验方法以及装置的尺度集中在微米级别，试验结果只能得出流体在渗流过程中的流动形态而无法得出渗流过程中的速度。本发明的渗流实验的尺度可以达到纳米级别，试验结果则可以得到渗流过程中的速度、压力、温度等。相较于以往的试样方法和装置有较大的进步。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种造价较低，便于操作，功能齐全，安全可靠，能够用于高校教学和渗流流场定量实验研究的一种多物理场耦合微观渗流实验装置。

一种多物理场耦合微观渗流实验装置，由流体产生实验系统、流场显示与图像数据采集系统、流体回收系统组成；流体产生实验系统、流场显示与图像数据采集系统与流体回收系统之间通过硅胶管相连接；流体产生实验系统、流场显示与图像数据采集系统通过硅胶管连接；流体产生实验系统位于最左侧，流体回收实验系统位于最右侧，其余实验装置位于流体回收实验系统与流体产生实验装置之间。渗流实验试样通过飞秒激光技术进行制造放置于支架载物台上并可随时进行更换。

进一步的，流体产生试验系统由液囊/气囊、注射泵、硅胶管、电磁阀、输入压力表和输入流量计组成；液囊/气囊通过硅胶管与注射泵相连接，液囊/气囊内的流体通过注射泵产生符合试验要求压力和流量；注射泵的控制装置通过数据线与电子计算机相连接；液囊/气囊与注射泵的数量可以是一个或多个以便进行多场(相)耦合试验；注射泵通过硅胶管与支架载物台相连接，硅胶管上依次接有电磁阀、输入压力表和输入流量计；实验流体经硅胶管进入渗流试验样品中。

进一步的，流场显示与图像数据采集系统由支架、倒置光学显微镜、激光发射器、渗流实验样品、二分镜、高速摄像机、载物台等组成；倒置光学显微镜位于整个实验装置的最底部，其控制装置通过数据线与电子计算机相连；载物台规定在支架上位于支架最上部；激光发射器固定于支架位于载物台下部，其控制装置通过数据线与电子计算机相连接，发射出固定频率的激光；二分镜固定在支架上，位于倒置光学显微镜与激光发射器之间；激光发射器发射的激光通过二分镜照射在渗流试样上；操作人员通过倒置光学显微镜目镜可以观察渗流流场形态；利用特殊的飞秒激光制作的渗流实验样品固定于支架的载物台上；高速摄像机位于倒置光学显微镜物镜处通过电子计算机的控制可对渗流流场进行拍照并通过数据线传至计算机。

进一步的，流体回收系统由水箱、硅胶管、输出压力表、输出流量计组成；硅胶管一端与水箱相连一端与渗流试样中渗流流体出口相连接；硅胶管与渗流样中渗流流体出口相连一端依次连接输出压力表、输出流量计。