[实用新型]模拟地下水回灌过程中气相堵塞的实验系统

说明书

本实用新型涉及一种模拟地下水回灌过程中气相堵塞的实验系统，其包括气体注入泵、水注入泵、水气混合器、可视模型、差压传感器和管路；可视模型包含进水侧和出水侧；气体注入泵向管路中注入气体，水注入泵向管路中注入水，注入的气体和注入的水在混合器中混合产生水气混合物；水气混合物从可视模型的进水侧进入从出水侧流出；差压传感器用于测量可视模型的进水侧和出水侧的压力差；可视模型包括透明的微细孔道，用于模拟地下含水层孔隙，微细孔道的孔径为0.1‑100μm。本实用新型利用差压传感器监测可视模型两侧的压力差，定量监测计算堵塞程度，利用显微镜高速图像采集系统对可视模型的微细孔道内气体聚集、累积过程进行采集，分析孔隙结构对气相堵塞程度的影响。

技术领域

本实用新型涉及多相流渗流实验技术领域，尤其涉及一种模拟地下水回灌过程中气泡堵塞含水层孔隙的微观可视化渗流实验系统。

背景技术

地下水人工回灌是地下水超采治理和实现余水调蓄的行之有效的办法。注水入井时，水中携带大量气泡，同时水中的溶解气体可能会因为压力和温度的改变而得到释放；再者，当水从井口经回灌管受到重力垂直跌落时，重力加速度使回灌管内水流不连续，产生负压导致回灌水产生严重的汽化并且一定程度上释放水中的溶解性气体；回灌水中还可能存有大量的微生物，这些微生物在一定条件下会发生反硝化反应，也会产生气体，主要包括氮氧化合物和氮气。回灌水中的气体在运移过程中会占据含水层孔隙，使含水层渗透性降低，导致回灌效率降低。因此，气相堵塞问题是制约人工回灌技术发展和推广的最重要因素之一。

现有关于气相堵塞的研究主要分为两类，一类是基于柱槽实验计算气相堵塞对渗透系数的影响，一类是基于场地试验观测气相堵塞对地下水回灌速率影响，两类研究方法对于直接观察含水层中气泡的运移和堵塞的发生都是非常困难的。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种模拟地下水回灌过程中气相堵塞的实验系统，用于实现气液两相微观可视化渗流实验，借助该实验，可以非常直观地获得地下水回灌过程中气液两相在含水层中的渗流特征及气体堵塞含水层孔隙的微观机理。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

第一方面，本实用新型提供一种模拟地下水回灌过程中气相堵塞的实验系统，其包括气体注入泵、水注入泵、水气混合器、可视模型、差压传感器和管路；所述可视模型包含进水侧和出水侧；

所述气体注入泵向管路中注入气体，所述水注入泵向管路中注入水，所述管路上设有所述水气混合器，所述气体注入泵注入的气体和所述水注入泵注入的水在所述水气混合器中混合产生水气混合物；水气混合物由管路从所述可视模型的进水侧进入所述可视模型中，并从出水侧流出；所述差压传感器两端分别连接在所述可视模型的进水侧和出水侧，用于测量所述可视模型的进水侧和出水侧的压力差；

所述可视模型包括透明的微细孔道，所述微细孔道的孔径为0.1μm-100μm；所述微细孔道的两端分别连接所述进水侧和出水侧。

根据本实用新型的较佳实施例，所述可视模型采用玻璃、PMMA或PDMS制成；或者所述可视模型包含玻璃块，在所述玻璃块内部蚀刻有所述微细孔道。

根据本实用新型的较佳实施例，所述可视模型包含叠合粘接的两片玻璃，所述两片玻璃分别为底板和面板；所述面板上有进水孔和出水孔，所述底板设有被腐蚀出来的凹槽；所述底板和面板叠合粘接后，所述凹槽形成所述微细孔道，所述微细孔道的起始端和末端分别连接所述面板上的进水孔和出水孔。

根据本实用新型的较佳实施例，所述微细孔道为连续连通的I字形、U字形、Y字形等任意形状，具体可根据需求进行设计。