[发明专利]一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置及其使用方法

权利要求书

1.一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述装置包括：给水及射流系统、空气供给与输送系统和模拟土实验系统；

所述模拟土实验系统通过调整透明模拟土的配方，模拟高压旋喷土壤修复工程现场不同粘度和渗透性的土壤；

所述空气供给与输送系统与给水及射流系统连通，为给水及射流系统提供压力；

所述给水及射流系统将示踪溶液喷射到模拟土实验系统中，模拟土壤修复工程中高压旋喷产生的射流在土壤中的流动特性；

通过示踪溶液在透明模拟土中的扩散状态，获取高压旋喷土壤修复工程中的旋喷注药参数。

2.根据权利要求1所述一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述旋喷注药参数包括：高压旋喷设备的提升速度u、旋转速度n和注药点间距s。

3.根据权利要求2所述一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述旋喷注药参数通过土壤修复模拟实验中，示踪溶液的喷射流量Q、喷射压力P、示踪溶液在透明模拟土中的水平喷射距离L和下渗高度H计算获得；

将示踪溶液替换为土壤修复药剂溶液时，高压旋喷设备的旋转速度n根据式(1)计算得到：

式(1)中，Q为土壤修复药剂溶液流量，c为土壤修复药剂溶液的浓度，m为处理V体积土壤所需药剂质量；

高压旋喷设备的提升速度u根据式(2)计算得到：

u＝h·n (式2)

式(2)中，n为式(1)计算得到的旋转速度；h为高压旋喷设备旋转一周时间内提升高度，h根据式(3)计算得出；

式(3)中，V为高压旋喷设备旋转一周处理土壤体积；L为药剂溶液水平喷射距离；

药点间距s根据式(4)计算得出：

s＝1.73L (式4)

式(4)中，s为注药点间距；L为模拟实验中示踪溶液水平喷射距离(m)。

4.根据权利要求1～3任一项所述一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述模拟土实验系统包括实验箱和透明模拟土；透明模拟土盛装在实验箱中，给水及流射系统中的喷嘴伸入实验箱内的透明模拟土中；

所述透明模拟土由土壤替代材料和孔隙液配置而成；其中，所述土壤替代材料由熔融石英砂、有机物改性合成硅酸盐和硅粉配置而成；所述孔隙液是由十二烷和白油配置而成或由溴化钙和水配置而成；所述实验箱的材质为透明有机玻璃。

5.根据权利要求4所述一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述给水及射流系统包括：水箱、示踪溶液、变频高压水泵、水管、流量计、阀门、压力计和喷嘴；

所述水箱内盛装有示踪溶液，水箱与喷嘴通过水管连通；水管上安装有变频高压水泵、流量计、阀门和压力计；通过调节变频高压水泵和阀门控制喷嘴中喷出示踪溶液的压力和流量，并通过流量计和压力计读取示数；

所述示踪溶液由示踪药剂和孔隙液配置而成；或者所述示踪溶液由示踪粒子和孔隙液配置而成。

6.根据权利要求5所述一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述空气供给与输送系统包括空气压缩机和输气管，输气管一端与空气压缩机连通，输气管另一端与水管连通，从而将空气压缩机产生的空气输送到示踪溶液中。

7.根据权利要求1～6任一项所述一种高压旋喷土壤修复模拟实验装置，其特征在于：所述装置还包括图像采集与分析系统，所述图像采集与分析系统由光源、计算机和摄像机组成；或者，所述图像采集与分析系统由光源和粒子图像测速仪组成，或光源和粒子示踪测速仪组成，用于记录并分析高压旋喷出的示踪溶液的流场空间结构以及流动特性；

所述光源与图像采集与分析系统中仪器所需光源类型匹配，包括激光、日光或紫外光。