[发明专利]一种水载微颗粒运移过程可视化仿真实验系统及实验方法

权利要求书

1.一种水载微颗粒运移过程可视化仿真实验系统，其特征在于：包括注液调控单元、试样固定单元、测距成像单元和数据监测单元；

所述注液调控单元包括配液箱(1)、变压调频泵(4)和注水管路(3)，所述试样固定单元包括透明模具(8)和底座(6)，所述透明模具(8)为上端开口的中空结构，透明模具(8)固定在底座(6)上方，透明模具(8)内用于放置煤块试样(11)，在底座(6)的底面四角各设有一角度调节柱(7)，底座(6)上还设有震动块(9)，在透明模具(8)的左侧壁上开设有进水口、右侧壁上开设有出水口，所述配液箱(1)通过注水管路(3)与变压调频泵(4)相连，所述变压调频泵(4)通过注水管路(3)与透明模具(8)的进水口相连，透明模具(8)的出水口连接有出水管路；

所述测距成像单元包括支架(10)、快速相机(15)和两组激光测距仪(14)，所述支架(10)围绕底板(6)架设，快速相机(15)和两组激光测距仪(14)均安装在支架(10)顶端，两组激光测距仪(14)能进行煤块试样(11)上渗流通道(101)宽度的三角测距，快速相机(15)能对煤块试样(11)进行整体结构高清成像；所述数据监测单元包括计算机(12)和数据采集器(11)，在透明模具(8)进水口处和出水口处的管路上均设有流量计(5)，所述变压调频泵(4)、两流量计(5)、两组激光测距仪(14)、快速相机(15)均与数据采集器(13)电连接，数据采集器(13)与计算机(12)电连接。

2.根据权利要求1所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验系统，其特征在于：在配液箱(1)内设置有自动搅拌装置(2)。

3.根据权利要求1所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验系统，其特征在于：所述支架(10)包括两门型架，两门型架在顶部通过两对角支架连成一个整体，所述快速相机(15)安装在两对角支架的交汇点处，两组激光测距仪(14)各自对应一个门型架安装，每组激光测距仪(14)均安装在门型架的横梁上。

4.根据权利要求1所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验系统，其特征在于：所述透明模具(8)和底板均由高透明玻璃板制作而成。

5.一种水载微颗粒运移过程可视化仿真实验方法，其特征在于：基于权利要求1—4任一项所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验系统，实验方法包括以下步骤：

S1、选取煤块试样(11)，在煤块试样(11)表面开设渗流通道(101)；

S2、将煤块试样(11)放置于透明模具(8)内，使煤块试样(11)的渗流通道(101)与透明模具(8)的进水口和出水口连通，煤块试样(11)周围通过凝胶填充固定；

S3、在配液箱(1)中加入煤粒与水混合形成混合液，混合液通过注水管路(3)依次通过变压调频泵(4)、煤块试样(11)表面的渗流通道(101)，最后通过出水管路排出；

S4、两组激光测距仪(14)利用三角法激光测距原理，进行渗流通道(101)宽度三角测距，同时利用快速相机(15)进行整体结构高清成像，结合分形盒维数法获得煤块试样(11)表面渗流通道(101)面积占比以及分形维数变化规律；通过数据采集器(13)自动记录和储存对应数据，并通过计算机(12)分析；实现对颗粒阻塞效应下渗流通道(101)的全过程定量表征，明确不同因素对渗流通道(101)形态演化的作用机理，依据进/出水口流量实时监测数据，阐明颗粒阻塞各阶段对于渗流通道(101)内水渗流状况的影响机理。

6.根据权利要求5所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验方法，其特征在于：在步骤S3中，选取不同粒径的煤粒与水混合形成混合液，一种粒径的煤粒对应一次上述实验。

7.根据权利要求5所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验方法，其特征在于：在步骤S3中，水与煤粒能按不同的质量比进行配置，一种质量比对应一次上述实验。

8.根据权利要求5所述的水载微颗粒运移过程可视化仿真实验方法，其特征在于：在步骤S3中，变压调频泵(4)能调节注液流速和时长。