裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裂隙巖體二相流研究用實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在地下煤炭資源開采過程中，由于煤體中的水分提高了煤體瓦斯的解吸率，從而導(dǎo)致瓦斯壓力的增高，煤巖體裂隙中所發(fā)生的兩相流體流動(dòng)能增加瓦斯突出的危險(xiǎn)性;等溫條件下的裂隙巖體兩相流(液體和氣體)滲流現(xiàn)象是當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)，對(duì)煤礦長(zhǎng)壁開采、煤層瓦斯抽采、石油天然氣開采及地下石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)有重要的研究意義和工程價(jià)值。裂隙巖體多相耦合滲流現(xiàn)象廣泛存在于地質(zhì)巖石改造和工程應(yīng)用中，其中，巖體裂隙面的粗糙程度控制著裂隙巖體的力學(xué)和滲流力學(xué)行為；考慮到工程巖體在自然界中的變化特性，多相流是一個(gè)復(fù)雜的耦合過程。現(xiàn)有技術(shù)中，裂隙巖體滲流特性研究的方法有物模實(shí)驗(yàn)法、公式推導(dǎo)法和概念模型法，而其中物模實(shí)驗(yàn)研究是裂隙巖體滲流研究的一個(gè)最重要且最直接的途徑;在裂隙巖體兩相流的研究中，液相和氣相的界面研究具有非常重要的意義，而在裂隙巖體中，在不同裂隙隙寬和流體壓力條件下，液相和氣相的界面是隨時(shí)間變化的。
[0003]因此，需要一種裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置，通過控制外界條件的改變，能夠?qū)α严稁r體模型中變化的液相和氣相界面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究?jī)上嗔黧w在巖體裂隙網(wǎng)中的耦合流動(dòng)規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置，通過控制外界條件的改變，能夠?qū)α严稁r體模型中變化的液相和氣相界面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究?jī)上嗔黧w在巖體裂隙網(wǎng)中的耦合流動(dòng)規(guī)律。
[0005]本發(fā)明的裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置，包括二相流供給系統(tǒng)、裂隙巖體物模、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述二相流供給系統(tǒng)為裂隙巖體物模供給二相流，所述所述裂隙巖體物模由透明材料制備而成，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至少包括可對(duì)二相流界面進(jìn)行監(jiān)測(cè)的高速照相機(jī)。
[0006]進(jìn)一步，所述裂隙巖體物模包括密封組件和T形結(jié)構(gòu)的物模本體，所述物模本體包括上巖體、左下巖體和右下巖體并且拼接形成T形結(jié)構(gòu)的裂隙，所述左下巖體和右下巖體均為倒L形;所述密封組件包括分別設(shè)置于裂隙端部的左塊體、右塊體和下塊體，所述左塊體設(shè)置有分別與裂隙連通的注液孔和注氣孔，所述右塊體和下塊體分別設(shè)置有與裂隙連通的第一出流孔和第二出流孔，所述密封組件還包括用于對(duì)物模本體側(cè)壁進(jìn)行密封的密封套。
[0007]進(jìn)一步，所述裂隙巖體物模還包括固定裝置，所述固定裝置包括上夾板組件、下夾板組件和豎向夾板組件，夾板組件用于對(duì)左塊體與右塊沿水平方向壓緊，所述下夾板組件用于對(duì)左下巖體與右下巖體沿水平方向壓緊，所述豎向夾板組件用于對(duì)上巖體與下塊體沿豎直方向壓緊。
[0008]進(jìn)一步，所述上夾板組件、下夾板組件和豎向夾板組件均包括兩塊平行相對(duì)設(shè)置的夾板、一端穿過兩塊夾板并與夾板軸向滑動(dòng)連接的螺桿和設(shè)置于螺桿端部的鎖緊螺母；所述下夾板組件的螺桿兩端還是設(shè)置有可對(duì)對(duì)應(yīng)夾板施加壓緊的水平彈簧，所述豎向夾板組件的螺桿上端設(shè)置有可對(duì)對(duì)應(yīng)夾板施加壓緊的豎直彈簧。
[0009]進(jìn)一步，所述左塊體、右塊體和下塊體與各自裂隙端相配合的端面沿各自裂隙端的長(zhǎng)度方向均設(shè)置有多個(gè)平行的分流溝槽，各端面還設(shè)置有主流溝槽且主流溝槽垂直并連通于分流溝槽，所述左塊體的與注液孔和注氣孔連通，所述右塊體和下塊體各自的主流溝槽分別與第一出流孔和第二出流孔連通。
[0010]進(jìn)一步，所述左塊體的主流溝槽包括兩個(gè)相互平行的第一主流溝槽和第二主流溝槽，所述注氣孔與第一主流溝槽，所述注液孔與第二主流溝槽連通。
[0011]進(jìn)一步，還包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)氣相注入壓力的第一壓力傳感器、用于檢測(cè)液相注入壓力的第二壓力傳感器和用于檢測(cè)裂隙端出口壓力的第三壓力傳感器;所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和第三壓力傳感器將檢測(cè)信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0012]進(jìn)一步，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括液相流量檢測(cè)裝置和氣相流量檢測(cè)裝置，所述裂隙巖體物模流出的二相流先后通過液相流量檢測(cè)裝置和氣相流量檢測(cè)裝置。
[0013]進(jìn)一步，所述二相流供給系統(tǒng)包括高壓氣瓶和液體壓力栗，所述高壓氣瓶的出氣端與注氣孔連通，所述液體壓力栗的輸出端與注液孔連通。
[0014]進(jìn)一步，裂隙巖體物模由透明的環(huán)氧樹脂材料組成，所述裂隙通過精雕機(jī)床加工形成與自然裂隙相同粗糙度的裂隙面。
[0015]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置，通過監(jiān)測(cè)不同流體壓力下和不同裂隙巖體粗糙度下液體和氣體的輸運(yùn)特性，并通過高速照相機(jī)捕捉液相和氣相的界面變化規(guī)律，從而為煤礦長(zhǎng)壁開采、煤層瓦斯抽采、石油天然氣開采及地下石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)中多相流提供數(shù)據(jù)支撐;將裂隙設(shè)置成更能夠模擬自然界中的巖體裂隙以裂隙網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)形式存在，避免單個(gè)裂隙研究的局限性，并且通過左塊體、右塊體和下塊體結(jié)合密封套的結(jié)構(gòu)，能夠在實(shí)驗(yàn)過程中保證物模本體的密封性能，保證實(shí)驗(yàn)參數(shù)的精確性，避免物模本體由于密封不嚴(yán)而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明中物模本體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明中左塊體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明中密封套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖5為本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明中裂隙巖體物模俯視圖；
[0023]圖7為本發(fā)明中裂隙巖體物模前視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明中物模本體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明中左塊體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明中密封套的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本發(fā)明中裂隙巖體物模俯視圖，圖7為本發(fā)明中裂隙巖體物模前視圖，如圖所示:本實(shí)施例的裂隙巖體兩相流可視化實(shí)驗(yàn)裝置，包括二相流供給系統(tǒng)、裂隙巖體物模、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述二相流供給系統(tǒng)為裂隙巖體物模供給二相流，所述所述裂隙巖體物模由透明材料制備而成，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至少包括可對(duì)二相流界面進(jìn)行監(jiān)測(cè)的高速照相機(jī)9; 二相流供給系統(tǒng)包括給裂隙巖體物模供可調(diào)節(jié)注入壓力的氣體供給裝置和液體供給裝置，所述裂隙巖體物模可有透明的環(huán)氧樹脂材料制備，所述裂隙巖體物模內(nèi)設(shè)置有粗糙的裂隙面，通過監(jiān)測(cè)不同流體壓力下和不同裂隙巖體粗糙度下液體和氣體的輸運(yùn)特性，并通過高速照相機(jī)9捕捉液相和氣相的界面變化規(guī)律，從而為煤礦長(zhǎng)壁開采、煤層瓦斯抽采、石油天然氣開采及地下石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)中多相流提供數(shù)據(jù)支撐。
[0025]本實(shí)施例中，所述裂隙巖體物模包括密封組件和T形結(jié)構(gòu)的物模本體I，所述物模本體I包括上巖體11、左下巖體12和右下巖體13并且拼接形成T形結(jié)構(gòu)的裂隙14，T形結(jié)構(gòu)的裂隙14左翼端為裂隙14的二相流注入端，裂隙14的右翼端和下端為二相流的流出端，如圖所示，左端和右端如圖中的左端和右端，二相流注入端也可設(shè)置在右端，左端為二相流流出端，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的;所述左下巖體12和右下巖體13均為倒L形;所述密封組件包括分別設(shè)置于裂隙14端部的左塊體21、右塊體22和下塊體23，所述左塊體21、右塊體22和下塊體23為與裂隙巖體物模端部相匹配的環(huán)氧樹脂塊，所述左塊體21設(shè)置有分別與裂隙14連通的注液孔21a和注氣孔21b，氣體供應(yīng)裝置和液體供應(yīng)裝置的輸出端分別與注氣孔21b和注液孔21a密封連通，便于同時(shí)注入二相流體，所述右塊體22和下塊體23分別設(shè)置有與裂隙14連通的第一出流孔和第二出流孔，所述密封組件還包括用于對(duì)物模本體I側(cè)壁進(jìn)行密封的密封套3，密封套3包括用于密封左塊體21和物模本體I連接側(cè)縫的左密封圈31、用于密封右塊體22和物模本體I連接側(cè)縫的右密封圈32、用于密封下塊體23和物模本體I連接側(cè)縫的下密封圈33和兩個(gè)相對(duì)設(shè)置用于密封模型本體連接側(cè)縫的T形密封條34，所述密封套3為高強(qiáng)橡膠密封套3并可一體成型設(shè)置;將裂隙14設(shè)置T形結(jié)構(gòu)更能夠模擬自然界中的巖體裂隙14以裂隙14網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)形式存在，避免單個(gè)裂隙14研究的局限性，并且通過左塊體21、右塊體22和下塊體23結(jié)合密封套3的結(jié)構(gòu)，能夠在實(shí)驗(yàn)過程中保證物模本體I的密封性能，保證實(shí)驗(yàn)參數(shù)的精確性，避免物模本體I由于密封不嚴(yán)而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0026]本實(shí)施例中，所述裂隙巖體物模還包括固定裝置，所述固定