[发明专利]用于颗粒堆积型介质的渗透率原位测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种用于颗粒堆积型介质的渗透率原位测量装置及其测量方法，在透气球形腔体的上部设置着抽气孔，抽气孔连接的管道通过调节阀、流量计连接着真空泵，位于流量计和真空泵之间的连接管道上设置着支管，在支管的上端口上安装着第二绝对压力传感器，位于抽气孔两侧的透气球形腔体上分别设置着第一通孔和第二通孔，其中在第一通孔的连接管上端口上安装着第一绝对压力传感器，在第二通孔的连接管上端口上连接着差压传感器的高压端，其低压端连接着导管。本发明结构合理，采用微负压球形空腔，不会使松散多孔介质颗粒因气体流动发生位移，可以准确反映颗粒堆积型多孔介质渗透率原位参数，测量范围远大于实验室测量对象。

技术领域

本发明涉及测量领域，属于用于颗粒堆积型介质渗透率的原位测量方法，特别是一种用于颗粒堆积型介质的渗透率原位测量装置及其测量方法。

背景技术

沙子、土壤、煤粉、谷物等颗粒堆积型介质可被视为连续多孔介质。原位渗透率作为颗粒堆积型介质的原始物性参数，对于研究特定环境下的水土保持、重金属污染迁移演化、流化床优化设计、粮食战略储备等方面具有基础性意义。目前，对于颗粒堆积型介质的渗透率测量都采用实验室测量方法，即对颗粒堆积型介质取样后装入料筒，在料筒一端引入单相流体（气体或液体）使之在料层中形成流动，测量稳态流动下的流量、压力等数据并利用多孔介质中的达西定律对渗透率进行计算。但由于取样过程中容易破坏松散介质的原位状态并且测量结果受取样点位置影响显著，因此用实验室测量结果来评价介质的原位渗透率会存在较大偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于颗粒堆积型介质的渗透率原位测量装置及其测量方法，其结构合理，采用微负压球形空腔，不会使松散多孔介质颗粒因气体流动发生位移，可以准确反映颗粒堆积型多孔介质渗透率原位参数，测量范围远大于实验室测量对象。

本发明的目的是这样实现的：一种用于颗粒堆积型介质的渗透率原位测量装置,在透气球形腔体的上部设置着抽气孔，抽气孔连接的管道通过调节阀、流量计连接着真空泵，位于流量计和真空泵之间的连接管道上设置着支管，在支管的上端口上安装着第二绝对压力传感器，位于抽气孔两侧的透气球形腔体上分别设置着第一通孔和第二通孔，其中在第一通孔的连接管上端口上安装着第一绝对压力传感器，在第二通孔的连接管上端口上连接着差压传感器的高压端，其低压端连接着导管。

透气球形腔体距离颗粒堆积型介质自由面的距离不小于透气球形腔体半径的18-22倍。

颗粒堆积型介质为沙子、土壤、煤粉、谷物等松散物质。

对透气球形腔体抽气使其内部气体形成略低于当地大气压的微负压，建立稳态流动下的一维球壳流动模型。

透气球形腔体由金属烧结材料构成，其均布透气孔的目数为200目；或透气球形腔体为由薄壁金属构成的球形腔体，球形腔体表面均布着通孔，使用时用纱布包裹。

本发明的目的是这样实现的：一种用于颗粒堆积型介质的渗透率原位测量装置的测量方法, 有如下步骤，1)开挖颗粒堆积型介质，将半径为r₁用纱布均布包裹的透气球形腔体及其连同第一绝对压力传感器和差压传感器一齐置入开挖的坑内，回填平整，置入深度为透气球形腔体的球心至颗粒堆积型介质自由面的距离r₂；

2)保持差压传感器低压端连接的导管露出大气避风处；

3)开启真空泵对透气球形腔体抽气，控制调节阀使透气球形腔体与当地大气之间的压差稳定在1kPa以内；