[发明专利]一种多孔介质中气体扩散系数的测试装置及方法

权利要求书

1.一种多孔介质中气体扩散系数的测试装置，主要由夹持器(1)、气体采样系统、气体供应系统、恒温箱(10)、围压泵(2)、压力平衡系统(11)、气体色谱分析仪(14)和真空泵(15)组成，其特征在于，所述夹持器(1)两端均连接气体采样系统的进口端，每个气体采样系统由至少三个气体取样单元、压力表(4)和多通接头(3)组成，气体采样系统的出口端连接气体色谱分析仪(14)和真空泵(15)；夹持器两端分别连接气体供应系统，所述气体供应系统包括气源(13)和增压机(12)；夹持器还连接围压泵(2)和压力平衡系统(11)；所述夹持器(1)由壳体(21)、试样桥(16)、试样腔室(17)、堵头(19)组成，壳体内有围压腔(20)，该围压腔连接围压泵(2)，试样桥位于夹持器的中心位置，其两侧是试样腔室(17)，试样桥上的中空通道有阀门；试样腔室(17)连接堵头(19)，堵头内有扩散室(18)及中空通道；所述夹持器和气体采样系统放置于恒温箱(10)中。

2.利用权利要求1所述的装置对多孔介质中气体扩散系数进行测试的方法，依次包括以下步骤：

(1)选取两块尺寸相同的待测多孔介质试样，其长度和横截面积分别为l和s，向夹持器试样腔室中各装入一块多孔介质试样；

(2)使用围压泵给夹持器施加围压，使用真空泵对多孔介质试样和装置中的气体扩散空间彻底抽空；

(3)设置恒温箱温度为实验所需温度，并预热各部件至温度恒定；

(4)使用夹持器两端连接的气源和增压机分别向多孔介质试样中供气至实验所需压力，两端气体分别记为X和Y，用压力平衡系统使夹持器两端试样腔室的压力达到平衡；

(5)打开试样桥阀门开始扩散过程，并以该时刻为扩散初始时刻t₀；

(6)每隔一段时间对夹持器两端气体同时取样，每次取样两端各使用一个气体取样单元，记第i次取样时刻为t_i；

(7)使用气体色谱分析仪分析夹持器两端取样单元中的气样组分，每次每一端分析组分前均需用真空泵对气体取样单元与气体色谱分析仪间的管线彻底抽空，记气样中X和Y组分摩尔百分比一端为c_LXi和c_LYi，另一端为c_RXi和c_RYi，多次重复以上步骤达到取样分析次数要求；

(8)利用下式计算气体X和Y在多孔介质中的扩散系数：

DX=-ln(ΔcXi)Mi(ti-t0)DY=-ln(ΔcYi)Mi(ti-t0)]]>

ΔcXi=|cLXi-cRXi|ΔcYi=|cLYi-cRYi|]]>

Mi=s[V0+(n+1-i)Vu]l]]>

式中：D_X、D_Y—分别为气体X和Y在多孔介质中的扩散系数，m²/s，

c_LXi、c_LYi—分别为第i次取样时，一端取样单元中气体X和Y的摩尔百分比，％，

c_RXi、c_RYi—分别为第i次取样时，另一端取样单元中气体X和Y的摩尔百分比，％，

s—多孔介质试样横截面积，m²，

l—多孔介质试样长度，m，

n—取样次数，无量纲，

V₀—单个扩散室容积，m³，

V_u—单个气体取样单元容积，m³；

(9)以M_i(t_i-t₀)为横坐标，以-ln(Δc_Xi)为纵坐标，在直角坐标系描点并用线性拟合，所得直线的斜率即为D_X，以M_i(t_i-t₀)为横坐标，以-ln(Δc_Yi)为纵坐标，在直角坐标系描点并用线性拟合，所得直线的斜率即为D_Y。