本發(fā)明涉及巖土工程測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，尤其涉及一種裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置及方法?？捎脕頇z測(cè)和研究巖石裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流特性。

背景技術(shù)：

近年來，隨著地下能源的開采，核廢料的處理，co2的地質(zhì)封存，地下儲(chǔ)油、儲(chǔ)氣等大型工程的興建，巖體兩相流問題日益引起廣泛關(guān)注。因地質(zhì)構(gòu)造作用，巖體中存在著各種各樣的不連續(xù)面，如材料分界面，斷層，軟弱夾層，節(jié)理，裂隙等。通常，這些不連續(xù)面構(gòu)成了地下流體的滲流通道，使得裂隙介質(zhì)的水力學(xué)性質(zhì)不同于多孔介質(zhì)。當(dāng)前，關(guān)于裂隙巖體兩相流的研究多是借鑒多孔介質(zhì)的相關(guān)理論，但是該方法不能很好地反映裂隙介質(zhì)的兩相流特性。因此，從裂隙巖體這一材料性質(zhì)出發(fā)，采用實(shí)驗(yàn)的手段研究巖體中單裂隙面、裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流特性是認(rèn)識(shí)，理解裂隙巖體兩相流的關(guān)鍵，也是建立合適的裂隙巖體兩相流數(shù)學(xué)模型進(jìn)而有效預(yù)測(cè)裂隙巖體兩相流行為的基礎(chǔ)。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，中國(guó)專利號(hào)為cn201510906972.1的發(fā)明專利公開了一種“裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置”。但該裝置的主要功能為觀察裂隙巖體中兩相流的流動(dòng)過程和界面變化，不能量測(cè)裂隙面中流體壓力的大小與分布。這些參數(shù)對(duì)于裂隙巖體裂隙面兩相流的研究同樣是非常重要的。chih-yingchen在其博士論文(chih-yingchen.liquid-gasrelativepermeabilitiesinfractures:effectsofflowstructures，phasetransformationandsurfaceroughness[d].stanforduniversity，califonia，2004.)提出一套用于單裂隙面兩相流研究的實(shí)驗(yàn)裝置，但是該裝置只能通過流速控制和監(jiān)測(cè)流體的流入和流出。在很多實(shí)際情況，壓力控制流體的進(jìn)出也很常見。在裂隙巖體兩相流的研究中，特別是對(duì)于油—水兩相流的研究，油水混合物的處理也是至關(guān)重要的，使之既能達(dá)到環(huán)保要求又能高效利用實(shí)驗(yàn)材料。

截止目前，一個(gè)可以實(shí)時(shí)記錄兩相流流動(dòng)過程的，有效量測(cè)觀測(cè)點(diǎn)壓力變化情況的，既可以通過流速控制又能夠通過壓力控制流體進(jìn)出的，同時(shí)能有效處理油水混合物的通用的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置還未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種通用的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置及方法，以滿足對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流研究工作的需要。

一種裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括一套裂隙網(wǎng)絡(luò)模型、一套裂隙模型放置臺(tái)、兩套流體供給系統(tǒng)、一套油水分離系統(tǒng)和一套信號(hào)采集系統(tǒng)。

裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1由兩塊尺寸相同的透明亞克力板制作而成，在其中的一塊亞克力板內(nèi)雕刻有裂隙網(wǎng)絡(luò)，然后通過亞克力板專用膠將其與另一塊透明的亞克力板進(jìn)行粘結(jié)。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1的每個(gè)裂隙出口處均安裝有裂隙出口轉(zhuǎn)換頭，裂隙出口轉(zhuǎn)換頭連接裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1和導(dǎo)管。

在裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1的底部設(shè)置有多個(gè)測(cè)壓孔1d，各個(gè)測(cè)壓孔1d中布置有水壓傳感器2，水壓傳感器2與電腦18相連接，通過水壓傳感器2實(shí)時(shí)記錄監(jiān)測(cè)測(cè)壓孔1d位置處的壓力大小變化情況。

裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1放置在裂隙模型放置臺(tái)3上。裂隙模型放置臺(tái)3上部為銅制多孔結(jié)構(gòu)板3a。銅制多孔結(jié)構(gòu)板3a的四角底部各設(shè)有一個(gè)可調(diào)節(jié)高度的螺桿3b，螺桿3b與裂隙模型放置臺(tái)3的底部支座3c相連。通過旋轉(zhuǎn)螺桿3b上的旋鈕調(diào)整裂銅制多孔結(jié)構(gòu)板3a的水平度。

裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1的兩側(cè)設(shè)有兩套流體供流系統(tǒng)。每套流體供流系統(tǒng)包括單向閥5、流體分流器6、電子流量計(jì)7、流量調(diào)節(jié)閥8、供流系統(tǒng)箱體、壓力表11、泄壓閥12、空氣壓縮機(jī)13及導(dǎo)管。其中，供流系統(tǒng)箱體是流體供流系統(tǒng)的核心部件。每套流體供流系統(tǒng)的供流系統(tǒng)箱體均由兩個(gè)子箱體組成，其中一個(gè)子箱體供給流體流出被稱為供流箱，另一個(gè)子箱體回收流體被稱為回收箱。兩個(gè)子箱體的底部相隔，頂部相通。兩套流體供流系統(tǒng)的供流系統(tǒng)箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同。

兩套流體供流系統(tǒng)的供流系統(tǒng)箱體分別為供流系統(tǒng)箱體a9和供流系統(tǒng)箱體b10，供流系統(tǒng)箱體9中的兩個(gè)子箱體被同一個(gè)密封蓋a9c密封，密封蓋a9c頂部裝有壓力表11和泄壓閥12。壓力表11和泄壓閥12的作用為調(diào)節(jié)，顯示流體供給系統(tǒng)箱體a9內(nèi)的壓力。

供流系統(tǒng)箱體a9的兩個(gè)子箱體分別為供流箱a9a和回收箱a9b，供流系統(tǒng)箱體b10的兩個(gè)子箱體分別為供流箱b10a和回收箱b10b；流體供給系統(tǒng)的各個(gè)子箱體各被引出一根導(dǎo)管，導(dǎo)管中各安裝有一個(gè)單向閥5。其中，從供流箱a9a和供流箱b10a引出的單向閥5只能使流體從供流箱a9a、供流箱b10a流出不能使流體流入；從回收箱a9b和回收箱b10b引出的單向閥5只能使流體流入回收箱a9b、回收箱b10b不能使流體流出。從供流箱a9a，供流箱b10a引出的導(dǎo)管上還依次安裝有流量調(diào)節(jié)閥8和電子流量計(jì)7。供流箱a9a和供流箱b10a分別連接空氣壓縮機(jī)13，供流箱a9a和供流箱b10a內(nèi)的壓力由空氣壓縮機(jī)13提供。

每套流體供流系統(tǒng)的兩個(gè)子箱體引出的導(dǎo)管通過流體分流器6與裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1相連接。

油水兩相流時(shí)，兩套流體供給系統(tǒng)中的回收箱a9b、回收箱b10b各通過一根導(dǎo)管與油水分離器14相連通，油水分離器14將回收箱a9b、回收箱b10b中的油水混合物進(jìn)行分離，通過油水分離器14的出水口15和出油口16將分離出的水和油各通過一根導(dǎo)管分別對(duì)應(yīng)流回供流箱a9a和供流箱b10a。油水分離器14的設(shè)計(jì)既可降低油水混合物隨意排放對(duì)環(huán)境的污染，又能夠?qū)崿F(xiàn)油水循環(huán)利用。

差壓計(jì)4設(shè)置在裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1的兩側(cè)，差壓計(jì)4與電腦18相連，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某兩個(gè)裂隙出口或入口的壓力差；

裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1的正上方放置有高清攝像機(jī)17，高清攝像機(jī)17與電腦18相連接，通過高清攝像機(jī)17實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩相流的流動(dòng)過程和兩相流界面的變化情況。

利用所述的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，方法流程如下，

步驟1、制作裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1。

步驟2、連接各個(gè)裝置：用導(dǎo)管將裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1、供流系統(tǒng)箱體a9，供流系統(tǒng)箱體b10、電子流量計(jì)7、流量調(diào)節(jié)閥8、流體分流器6、單向閥5以及差壓計(jì)4連接起來。

步驟3、安裝檢測(cè)系統(tǒng)：1)將水壓傳感器2安裝于裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1底部的測(cè)壓孔1d內(nèi)，并與電腦18進(jìn)行連接，調(diào)節(jié)好相關(guān)線路和電源；2)將差壓計(jì)4與電腦18進(jìn)行連接，調(diào)節(jié)好相關(guān)線路和電源；3)將高清攝像機(jī)17與電腦18連接，調(diào)節(jié)好光線、位置、相關(guān)線路和電源。

步驟4、調(diào)整模型放置臺(tái)3上部銅制多孔板3a水平度；

步驟5、檢測(cè)整個(gè)裝置的密封性；

步驟6、進(jìn)行壓力控制或者流速控制的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)；

步驟7、重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟2-步驟6的操作，對(duì)設(shè)計(jì)的所有裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1進(jìn)行兩相流實(shí)驗(yàn)；

步驟8、實(shí)驗(yàn)完成后，卸下裂隙網(wǎng)絡(luò)模型和所有連接件，放空供水系統(tǒng)箱體a9，供水系統(tǒng)箱體10和電子流量計(jì)7及所有回路中的水，關(guān)閉空壓機(jī)13和油水分離器14，整理好所有實(shí)驗(yàn)用具以備以后再用。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置具有以下有益效果：

(1)設(shè)計(jì)了一種針對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流的實(shí)驗(yàn)裝置，通過高速攝像機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流的流動(dòng)過程和兩相流之間的界面變化情況，通過精密水壓傳感器可實(shí)時(shí)記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力變化情況，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置的空白。

(2)供水系統(tǒng)中供流相和回收箱的集成設(shè)計(jì)可以使兩個(gè)箱體的壓力保持一致，實(shí)現(xiàn)即可通過壓力控制流體進(jìn)出又可通過流速控制流體進(jìn)出。

(3)油水分離器的設(shè)計(jì)即既可以實(shí)現(xiàn)油水循環(huán)利用，又可降低油水混合物隨意排放對(duì)環(huán)境的污染。

上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案概述，為更清楚地了解本發(fā)明的手段，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置中的裂隙網(wǎng)絡(luò)模型圖；

圖3為圖1所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置中的模型放置臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4為在調(diào)整圖3所示的上層多孔板是否處于水平位置時(shí)水平尺依次放置的位置；

圖5為圖1所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置中的流體供給系統(tǒng)箱體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖6為圖1所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置中的流體分流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖7為圖1所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置中，當(dāng)流體供流系統(tǒng)箱體a9內(nèi)的壓力大于流體供流系統(tǒng)箱體b10內(nèi)壓力時(shí)流體的流動(dòng)方向；

圖8為圖1所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置中，當(dāng)流體供流系統(tǒng)箱體b10內(nèi)的壓力大于流體供流系統(tǒng)箱體a9內(nèi)壓力時(shí)流體的流動(dòng)方向。

圖中：1、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型；1a、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型上層；1b、裂隙網(wǎng)路模型下層；1c、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型裂隙出口轉(zhuǎn)換頭；1d、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型下層測(cè)壓孔；2、水壓傳感器；3、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型放置臺(tái)；3a、銅制多孔結(jié)構(gòu)板；3b、螺桿；3c、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型放置臺(tái)下層支座；3d、水平尺；4、差壓計(jì)；5、單向閥；6、流體分流器；7、電子流量計(jì)；8、流量調(diào)節(jié)閥；9、供流系統(tǒng)箱體a，10、供流系統(tǒng)箱體b；9a、供流箱a，10a、供流箱b；9b、回收箱a，10b、回收箱b；9c、供流系統(tǒng)箱體密封蓋；9d、壓力表安裝孔；9e、泄壓閥安裝孔；9f、供流箱體密封圈；9g、供流箱出口；9h、供流箱入口；9i、回收箱入口；9j、回收箱出口；9k、氣壓孔；9l、螺栓孔；11、壓力表；12、泄壓閥；13、空氣壓縮機(jī)；14、油水分離器；15、出水口；16、出油口；17、高清攝像機(jī)；18、電腦。圖1中的實(shí)線為管道，點(diǎn)畫線為導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、制作容易、安全可靠、實(shí)用性強(qiáng)的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置不僅能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)反應(yīng)兩相流流動(dòng)過程，獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)流體壓力，而且能夠?qū)崿F(xiàn)油水循環(huán)利用，降低油水混合物隨意排放對(duì)環(huán)境的污染，更重要的是該裝置可以根據(jù)研究人員的要求實(shí)現(xiàn)流體的進(jìn)出由壓力控制或者由流速控制。

本發(fā)明的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)裝置主要由五部分組成：裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1、裂隙模型放置臺(tái)3、流體供給系統(tǒng)、油水分離器和信號(hào)采集系統(tǒng)。

信號(hào)采集系統(tǒng)包括水壓傳感器2、差壓計(jì)4、高清攝像機(jī)17和電腦18。

該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖中標(biāo)識(shí)出了該設(shè)備的主要元件，其連接順序?yàn)椋毫严毒W(wǎng)絡(luò)模型1底部安裝水壓傳感器2，水壓傳感器2通過導(dǎo)線與電腦18連接。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1放置在模型放置臺(tái)3上。放置臺(tái)正上方安裝有高清攝像機(jī)17，高清攝像機(jī)17通過導(dǎo)線與電腦18相連。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1的兩側(cè)出口引出導(dǎo)管，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在裂隙網(wǎng)絡(luò)模型左右兩側(cè)的某兩根導(dǎo)管中設(shè)置差壓計(jì)4，差壓計(jì)4通過導(dǎo)線與電腦18相連。裂隙網(wǎng)絡(luò)出口導(dǎo)管通過兩個(gè)流體分流器6分別與供流箱a9a，供流箱b10a流體出口和回收箱a9b，回收箱b10b流體入口引出的兩根導(dǎo)管相連。從供流箱a9a，供流箱b10a流體出口至流體分流器6依次布置有流量調(diào)節(jié)閥8，電子流量計(jì)7和單向閥5；從回收箱流體入口至流體分流器布置有單向閥5。回收箱a9b，回收箱b10b流體出口通過導(dǎo)管與油水分離器14入口相連，供流箱的流體入口與油水分離器的出口相連。供流系統(tǒng)箱體a9，供流系統(tǒng)箱體b10通過導(dǎo)管與空氣壓縮機(jī)機(jī)13相連。兩套流體供給系統(tǒng)除了內(nèi)置的流體不一樣，其布置與連接順序完全一樣。

圖2為一裂隙網(wǎng)絡(luò)模型示例，主要有三部分組成：裂隙網(wǎng)絡(luò)模型下層1a，裂隙網(wǎng)絡(luò)模型上層1b，裂隙出口轉(zhuǎn)換頭1c。本示例中的裂隙網(wǎng)絡(luò)模型下層1尺寸為：220mm×220mm×16mm(長(zhǎng)×寬×高)其內(nèi)設(shè)置了隨機(jī)裂隙。其中，裂隙的隙寬和隙長(zhǎng)不等，裂隙深度均為5mm。裂隙與邊界的接觸出設(shè)置了裂隙出口，其在裂隙網(wǎng)絡(luò)模型下層1b的尺寸為10mm×10mm×7.5mm。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型上層1b尺寸為：220mm×220mm×8mm(長(zhǎng)×寬×高)。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型上層1b不雕刻任何裂隙，只在裂隙出口處對(duì)應(yīng)的位置雕刻裂隙出口，尺寸為10mm×10mm×2.5mm。當(dāng)裂隙網(wǎng)絡(luò)模型上層1b和裂隙網(wǎng)絡(luò)模型下層1a粘合時(shí)會(huì)形成尺寸為10mm×10mm×10mm的裂隙出口。裂隙出口橫截面的尺寸要大于裂隙橫截面的尺寸，這樣可以保證實(shí)驗(yàn)過程中流體是全斷面進(jìn)入裂隙的。裂隙與管道通過裂隙出口轉(zhuǎn)換頭1c相連接。裂隙出口轉(zhuǎn)換頭1c一側(cè)為長(zhǎng)方體一側(cè)為圓柱體，相應(yīng)于10mm×10mm×10mm裂隙出口，裂隙轉(zhuǎn)換頭長(zhǎng)方體部分的尺寸為：9.0mm×9.0mm×10mm(長(zhǎng)×寬×高)；裂隙轉(zhuǎn)換頭圓柱體部分的尺寸為9mm×20mm(直徑×高度)。

為了量測(cè)裂隙網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)處流體壓力值，需在裂隙網(wǎng)絡(luò)模型中設(shè)置測(cè)壓孔1d，安裝水壓傳感器2。測(cè)壓孔1d設(shè)置在裂隙網(wǎng)絡(luò)模型下層亞克力板中相應(yīng)位置。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型測(cè)壓孔1d通過攻絲工藝安裝水壓傳感器2的配套內(nèi)螺紋，方向垂直向下。本示例中的測(cè)壓孔布置如圖2中的測(cè)壓孔1d所示。

裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1采用透明亞克力板制作，裂隙模型上層1b和裂隙模型下層1a分別制作好之后，使裂隙模型上層1b模型的裂隙出口和裂隙模型下層1a模型的裂隙出口相對(duì)，采用亞克力板專用膠將其粘合在一起。

本示例中只給出了一種裂隙分布，實(shí)驗(yàn)時(shí)裂隙的隙寬，隙長(zhǎng)，裂隙深度，裂隙分布，測(cè)壓點(diǎn)位置均可由研究人員根據(jù)需要自行設(shè)置。

制作好的裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1放置在裂隙模型放置臺(tái)3上。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型放置臺(tái)3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示，主要由三部分組成：上層多孔板3a，可調(diào)節(jié)高度螺桿3b，下層底部支座3c。上層多孔板3a上放置裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1，在放置裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1時(shí)需要使全部測(cè)壓孔位置正好位于多孔板內(nèi)孔的正上方，以方便安裝水壓傳感器。四個(gè)螺桿3b分別位于上層多孔板3a四個(gè)角的位置，即連接上層銅制多孔板3a和下層底部支座3c，又通過旋轉(zhuǎn)該螺桿3b調(diào)節(jié)上層銅制多孔板3a水平度。在調(diào)節(jié)上層銅制多孔板3a時(shí)，借助水平尺3d進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，水平尺3d的放置位置依次如圖4所示的①，②和③，旋轉(zhuǎn)螺桿使水平尺3d在上述三個(gè)方位均處于水平位置。

供流系統(tǒng)箱體a9，供流系統(tǒng)箱體b10是流體供給系統(tǒng)的主體，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5所示。每個(gè)供流系統(tǒng)箱體a9，供流系統(tǒng)箱體b10均由兩個(gè)子箱體組成，分別被稱為供流箱a9a，供流箱b10a和回收箱a9b，回收箱b10b，如圖5所示。供流箱a9a，供流箱b10a和回收箱a9b，回收箱b10b的底部相隔，頂部相通。這樣設(shè)計(jì)的目的為在由空氣壓縮機(jī)13提供壓力時(shí)兩個(gè)子箱體的壓力能夠保持一致。

供流箱a9a中設(shè)置有兩個(gè)管道接口，分別為供流箱流體出口9g和供流箱流體入口9h。供流箱流體出口9g通過管道依次與流量調(diào)節(jié)閥8，電子流量計(jì)7，單向閥5以及流體分流器6與裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1相連。單向閥5靠近流體分流器6，作用為使流體只能從供流系統(tǒng)箱體a9，供流系統(tǒng)箱體b10流入裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1，不能使之反向流動(dòng)；電子流量計(jì)7位于單向閥5和流量調(diào)節(jié)閥8之間，作用為顯示導(dǎo)管中流體的流量；流量調(diào)節(jié)閥8靠近供流箱a9a，用以調(diào)節(jié)導(dǎo)管中流體的流量。供流箱流體入口9h向供流系統(tǒng)箱體a9內(nèi)注入流體。在研究油水兩相流時(shí)，兩個(gè)流體供給系統(tǒng)的流體入口通過導(dǎo)管分別連接油水分離器14的水出口15和油出口16。回收箱b10b與供流箱a9a的結(jié)構(gòu)相同。

回收箱a9b中也設(shè)置了兩個(gè)管道接口，分別為回收箱流體入口9i和回收箱流體出口9j?；厥障淞黧w入口9i通過管道，依次與單向閥5，流體分流器6與裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1相連。單向閥5的作用為使流體只能從裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1流入回收箱a9b，不能使之反向流動(dòng)?；厥障淞黧w出口9j作用為排出回收箱中的流體。在研究油水兩相流時(shí)，回收箱流體出口9j通過導(dǎo)管與油水分離器14的入口相連。

供流箱a9a的中上部位置設(shè)有氣壓孔9k，氣壓孔9k通過管道與空氣壓縮機(jī)13相連。供流箱b10a與供流箱a9a的結(jié)構(gòu)相同。

供流系統(tǒng)箱體a9采用如圖5所示的密封蓋9c和密封圈9f進(jìn)行密封。密封蓋9f頂部設(shè)有兩個(gè)圓形小孔，分別為壓力表安裝孔9d和泄壓閥安裝孔9e。密封蓋9c，密封圈9f和箱體一周的圓形孔為螺栓孔9l。供流系統(tǒng)箱體b10與供流系統(tǒng)箱體a9的結(jié)構(gòu)相同。

由于從裂隙出口1c引出的導(dǎo)管數(shù)量并非一個(gè)，對(duì)于圖2所示的裂隙網(wǎng)絡(luò)模型，左上側(cè)引出的導(dǎo)管數(shù)量為5個(gè)，右下側(cè)引出的導(dǎo)管數(shù)量為6個(gè)。所以從供流箱a9a和回收箱a9b引出的導(dǎo)管各通過一個(gè)流體分流器6與裂隙出口1c引出的導(dǎo)管相連，流體分流器6的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示。流體分流器6的一側(cè)為多孔，另一側(cè)為單孔，流體分流器6的多孔一側(cè)與裂隙出口1c引出的導(dǎo)管相連，流體分流器6單孔一側(cè)與供流箱a9a或與回收箱a9b引出的導(dǎo)管相連。流體分流器6的每個(gè)出口均安裝有閥門，圖中未給出，在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)具體情況打開或關(guān)閉流體分流器6中相應(yīng)的出口。

該實(shí)驗(yàn)設(shè)備可通過調(diào)整供流系統(tǒng)中的壓力控制流體的進(jìn)出，但有時(shí)候研究人員更專注裂隙出口和入口處的壓力差，為此本實(shí)驗(yàn)設(shè)備在裂隙出口處設(shè)置了差壓計(jì)4。差壓計(jì)4具體連接的導(dǎo)管由研究人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)置。差壓計(jì)4通過導(dǎo)線與電腦18相連可實(shí)時(shí)記錄兩出口之間的壓力差。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1中的兩相流的流動(dòng)過程，在裂隙模型放置臺(tái)正上方安裝有高清攝像機(jī)17，攝像機(jī)17通過導(dǎo)線與電腦18相連。

圖7和圖8詳細(xì)顯示了實(shí)驗(yàn)過程中流體供流系統(tǒng)a9和流體供流系統(tǒng)b10之間流體的流動(dòng)情況。當(dāng)流體供流系統(tǒng)箱體a9內(nèi)的壓力大于流體供流系統(tǒng)箱體b10內(nèi)的壓力時(shí)，供流系統(tǒng)箱體9內(nèi)的供流箱a9a中的流體通過導(dǎo)管依次經(jīng)過左側(cè)的流量調(diào)節(jié)閥8、電子流量計(jì)7，單向閥5、流體分流器6、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1、右側(cè)的流體分流器6，右側(cè)的單向閥5流入供流系統(tǒng)箱體b10內(nèi)的回收箱b10b；當(dāng)流體供流系統(tǒng)箱體b10內(nèi)的壓力大于流體供流系統(tǒng)箱體a9內(nèi)的壓力時(shí)，供流系統(tǒng)箱體b10內(nèi)的供流箱a10a中的流體會(huì)通過導(dǎo)管依次經(jīng)過右側(cè)的流量調(diào)節(jié)閥8、電子流量計(jì)7，單向閥5、流體分流器6、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1、左側(cè)的流體分流器6，左側(cè)的單向閥5流入供流系統(tǒng)箱體a9內(nèi)的回收箱a9b。

本發(fā)明提供的一種裂隙網(wǎng)絡(luò)模型兩相流實(shí)驗(yàn)裝置的操作過程為：

步驟1、制作裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1。裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1采用兩塊透明亞克力板制作，在其中的一塊由雕刻機(jī)雕刻設(shè)計(jì)好的裂隙網(wǎng)絡(luò)、裂隙出口和水壓傳感器安裝孔，在另一塊亞克力板中只雕刻裂隙出口，之后用亞克力板專用膠將兩塊雕刻好的亞克力板相粘結(jié)。

步驟2、連接各個(gè)裝置：用導(dǎo)管以及裂隙出口轉(zhuǎn)換頭1c，將供水系統(tǒng)箱體9，10、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型1、電子流量計(jì)7、流量調(diào)節(jié)閥8、流體分流器6、單向閥5以及差壓計(jì)4連接起來。

步驟3、安裝檢測(cè)系統(tǒng)和連接線路：(1)將水壓傳感器2安裝于裂隙網(wǎng)絡(luò)模型測(cè)壓孔1d內(nèi)，并與電腦18進(jìn)行連接，調(diào)節(jié)好相關(guān)線路和電源；(2)將差壓計(jì)4與電腦18進(jìn)行連接，調(diào)節(jié)好相關(guān)線路和電源；(3)將高清攝像機(jī)17與電腦18連接，調(diào)節(jié)好光線，位置、相關(guān)線路和電源。

步驟4、調(diào)整裂隙網(wǎng)絡(luò)模型放置臺(tái)3水平度。旋轉(zhuǎn)圖3中的螺桿3b使水平尺在圖4，①，②，③的方位均處于水平位置即可。

步驟5、檢測(cè)整個(gè)裝置的密封性。以油水兩相流為例，在其中的一個(gè)供流系統(tǒng)供流箱內(nèi)注滿水，在另一個(gè)供流系統(tǒng)供流箱內(nèi)注滿油，檢查各螺栓和接頭處是否固定緊密，打開空氣壓縮機(jī)13電源開關(guān)，調(diào)節(jié)泄壓閥12從小到大增加供流系統(tǒng)箱體內(nèi)的壓力，觀測(cè)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是否漏水和漏油，若不滿足則需要再次旋緊或置換螺栓和接頭。

步驟6、進(jìn)行壓力控制或者流速控制的裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流實(shí)驗(yàn)。

步驟7、重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟2-6的操作，將所有裂隙網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

步驟8、所有實(shí)驗(yàn)完成后，卸下裂隙網(wǎng)絡(luò)模型和所有連接件，放空供水系統(tǒng)箱體和電子流量計(jì)及所有回路中的水，關(guān)閉空壓機(jī)、油水分離器，整理好所有實(shí)驗(yàn)用具以備以后再用。

綜上所述，本發(fā)明提供一種專門針對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)兩相流的實(shí)驗(yàn)裝置，其既可以通過壓力控制流體的進(jìn)出，又可通過流速控制流體的進(jìn)出。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩相流的流動(dòng)過程，記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)處流體壓力大小的變化情況，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置和具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。