[发明专利]一种测试多孔介质内孔隙液体流动特性的装置及试验方法

权利要求书

1.一种测试多孔介质内孔隙液体流动特性的试验方法，其特征在于，测试多孔介质内孔隙液体流动特性的装置主要包括试样盒（1）、上游水头施加装置（2）、下游水头施加装置（3）、水桶（4）、水泵（5）、数码单反相机和激光灯头（7），以及多根硅胶软管；

所述试样盒（1）侧壁由超白玻璃制成，其下底密封并搁置在实验平台上，其上端敞口；所述试样盒（1）的上端敞口可由密封板封堵；

所述上游水头施加装置（2）包括滑杆I（201）、有机玻璃圆桶I-I（202）和有机玻璃圆桶I-II（203）；滑杆I（201）的下端固定在实验平台上；所述有机玻璃圆桶I-I（202）通过滑块挂在滑杆I（201）上；所述有机玻璃圆桶I-II（203）位于有机玻璃圆桶I-I（202）中；

所述水泵（5）通过硅胶软管I（601）抽取水桶（4）中的液体后，经过硅胶软管II（602）输送到有机玻璃圆桶I-II（203）中；有机玻璃圆桶I-II（203）被液体灌满后，液体漫出到有机玻璃圆桶I-I（202）中；有机玻璃圆桶I-I（202）下端的出水口通过硅胶软管III（603）接入水桶（4）中，使得有机玻璃圆桶I-I（202）中的液体回流至水桶（4）；

所述有机玻璃圆桶I-II（203）下端的出水口通过硅胶软管IV（604）接入到试样盒（1）底部的进水口；所述硅胶软管IV（604）穿透有机玻璃圆桶I-I（202）的底部；所述硅胶软管IV（604）上安装有阀门I（6041）；

所述下游水头施加装置（3）包括滑杆Ⅱ（301）、有机玻璃圆桶II-I（302）和有机玻璃圆桶II-II（303）；

所述滑杆Ⅱ（301）的下端固定在实验平台上；所述有机玻璃圆桶II-I（302）通过滑块挂在滑杆Ⅱ（301）上；所述有机玻璃圆桶II-II（303）位于有机玻璃圆桶II-I（302）中；所述试样盒（1）配置的密封板具有出水口，该出水口通过硅胶软管VI（606）接入到有机玻璃圆桶II-II（303）中；硅胶软管VI（606）具有阀门II（6061）；有机玻璃圆桶II-II（303）内的液体被灌满后，漫入有机玻璃圆桶II-I（302）；有机玻璃圆桶II-I（302）下端的出水口通过硅胶软管V（605）接入水桶（4）中；

通过滑杆I（201）上的滑块调节有机玻璃圆桶I-I（202）的高 度；通过滑杆Ⅱ（301）上的滑块调节有机玻璃圆桶II-I（302）的 高度；有机玻璃圆桶I-II（203）的底部始终比有机玻璃圆桶II-II （303）的底部高；

所述激光灯头（7）位于试样盒（1）的一侧，向试样盒（1）发 射出一个激光面；所述数码单反相机对准试样盒（1）拍摄，且镜头 轴线垂直于所述激光面；

测试多孔介质内孔隙液体流动特性的试验方法包括以下步骤：

1〕制备无色透明固体颗粒和透明溶液，二者的折射率相同；制 备示踪粒子；

按照设定的级配和密实度，将若干无色透明固体颗粒置于试样 盒（1）中；

水桶（4）中装入含有示踪粒子的透明溶液，即混合液；

固定有机玻璃圆桶I-I（202）和有机玻璃圆桶II-I（302）的 位置；关闭阀门I（6041）和阀门II（6061）；

2〕启动水泵（5），水桶（4）里的混合液通过硅胶软管I（601） 和硅胶软管II（602）注入到有机玻璃圆桶I-II（203）中；

3〕待混合液注满有机玻璃圆桶I-II（203）并漫出到有机玻璃 圆桶I-I（202）后，打开阀门I（6041）；混合液慢慢通过硅胶软管 IV（604）注入到试样盒（1）中并与无色透明固体颗粒混合，在此 过程中用玻璃棒轻轻搅拌试样使气泡排出；

4〕待试样盒（1）的混合液液面接近试样盒（1）顶端开口时，暂时关掉阀门I（6041）；

5〕同时打开阀门Ⅰ（6041）和阀门II（6061），混合液注满试 样盒（1）后，经过硅胶软管VI（606）流入有机玻璃圆桶II-II（303） 内，待有机玻璃圆桶II-II（303）内的混合液注满后，流入有机玻 璃圆桶II-I（302）内，然后经硅胶软管V（605）回流到水桶（4） 里；

6〕通过调节有机玻璃圆桶I-I（202）和有机玻璃圆桶II-I（302） 之间的相对高度来获得预定的混合液水头；

7〕待混合液循环稳定之后，打开激光灯头（7），使激光穿过试 样盒（1）在试样中形成激光面；

8〕调整数码单反相机的位置，捕捉图像；

9〕通过多次改变激光灯光和数码单反相机的位置，获得多幅图像；

10〕对图像进行处理和数据分析；

10.1〕选取阈值进行图像灰度二值化处理，并进行形态学开闭运算对图像进行修缮；其中，小于阈值的像素集合设为0，并判定为示踪粒子；大于阈值的像素集合设为255，视为背景或其他物体；

10.2〕读取判定为示踪粒子像素的位置坐标，并根据像素值计算粒子直径和各示踪粒子的形心位置；

10.3〕以像素为单位，通过编程计算得到粒子的位移矢量；根据图像采集窗口的尺寸计算出各像素点的大小，从而得到实际位移，在此基础上，根据相邻两帧图像之间的时间间隔，计算出粒子的速度；

11〕改变试样盒（1）中的试样级配、密实度，改变水头大小，重复上述过程。