一种波纹管可重构渗流测试装置及其装配与测试方法与流程

本技术涉及多孔介质渗流模拟，具体而言，涉及一种波纹管可重构渗流测试装置及其装配与测试方法。

背景技术：

1、渗流行为是多孔介质中最基本的物理过程之一，对岩土体中的地下水迁移、裂隙岩体中的水流输运、储层岩石中的孔隙渗透等具有重要影响。多孔材料的渗流能力不仅受总孔隙率影响，还受到孔径大小、孔壁粗糙度、孔道曲折度及连通方式等因素的共同控制。现有渗流测试方法中，天然岩心或土体试样内部孔隙结构具有随机性，孔径、粗糙度和曲折度难以独立调控；颗粒堆积模型形成的孔隙空间同样具有较强随机性；微流控芯片或刻蚀玻璃模型通常为二维或准二维结构，难以表征真实多孔介质中三维弯曲和绕流特征，且孔隙结构一旦成型后不易调整，不利于开展多参数系统对比试验。因此，现有技术难以实现孔径、孔壁粗糙度及孔道空间形态等结构参数的独立调控与快速重构。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种波纹管可重构渗流测试装置及其装配与测试方法，以解决现有渗流模拟装置难以实现孔径、孔壁粗糙度及孔道空间形态等结构参数的独立调控与快速重构的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：

3、一种波纹管可重构渗流测试装置，包括供液单元、第一连接单元、可重构孔隙网络单元、约束单元、第二连接单元和数据采集单元，所述可重构孔隙网络单元包括若干个可独立拆卸和更换的波纹管，波纹管前端通过第一连接单元与供液单元连通，波纹管后端通过第二连接单元与数据采集单元连通，每根波纹管内部通道对应构成一条独立的孔喉渗流通道；

4、所述约束单元包括固定板和若干个用于夹持波纹管的固定夹具，固定板上开设有若干个定位孔，固定夹具可选择地可拆卸安装于任意一个定位孔中，一个波纹管对应至少一个固定夹具，波纹管穿设于对应固定夹具中，通过选择不同位置的定位孔安装固定夹具，以改变对应波纹管的走向与空间形态；所述第一连接单元和所述第二连接单元具有多个接口，用于将多根所述波纹管连接为串联通道或并联通道中的至少一种。

5、上述技术方案中，采用波纹管作为孔喉渗流通道的基本单元，波纹管可独立拆卸和更换，能够灵活调整孔径和孔壁粗糙度参数；通过将固定夹具可选择地安装于不同定位孔，改变波纹管的走向与空间形态，实现孔道曲折度的调控；同时，第一连接单元和第二连接单元具有多个接口，可将多根波纹管连接为串联或并联通道，实现不同网络拓扑结构的快速重构。由此，孔径、孔壁粗糙度、孔道曲折度和网络拓扑结构均可独立调控，便于建立结构参数与渗流性能之间的清晰对应关系。

6、作为优选，所述波纹管的波纹间距和波纹高度具有多种规格，通过更换不同波纹间距规格、不同波纹高度规格的波纹管，以改变孔喉渗流通道的等效孔壁粗糙度；和/或，所述波纹管的内径具有多种规格，通过更换不同内径规格的波纹管，以改变孔喉渗流通道的等效孔径。上述方案中，波纹管的内径对应等效孔径，波纹高度和波纹间距对应等效孔壁粗糙度，当内径相同时，波纹高度越大或波纹间距越小，孔壁起伏越显著，流体流经时受到的扰动和阻力越大。通过更换不同规格的波纹管，可在保持其他参数不变的前提下分别研究孔径和孔壁粗糙度对渗流行为的影响。

7、作为优选，所述波纹管具有可弯曲的特性，以在穿设于不同位置的固定夹具时，改变弯曲角度，从而改变波纹管的走向与空间形态。上述方案中，波纹管的波纹结构赋予其可弯曲特性，通过将固定夹具安装于不同定位孔，使波纹管在相邻夹具之间形成不同的弯曲角度和空间走向，波纹管中心线实际长度与其两端直线距离之比即等效曲折度随之改变，由于波纹管本身未被更换，孔径和粗糙度保持不变，由此可实现曲折度的独立调控。

8、作为优选，若干个所述定位孔阵列式排布于固定板，所述固定板的表面设有坐标尺刻度，用于记录各固定夹具的安装位置。上述方案中，阵列式排布的定位孔配合坐标尺刻度，使每个固定夹具的安装位置均具有唯一可标识的平面坐标，在需要恢复相同波纹管路径的重复试验中，只需按照记录的坐标值重新安装即可精确复原，保证了不同批次试验之间路径形态的一致性。

9、作为优选，所述固定夹具包括夹具本体和可调支撑组件，所述可调支撑组件的一端可拆卸安装于所述定位孔，另一端连接所述夹具本体，所述夹具本体用于夹持所述波纹管，所述可调支撑组件用于调节所述夹具本体的位置。上述方案中，可调支撑组件将夹具本体支撑于固定板上方，通过调节可调支撑组件可改变夹具本体在空间中相对于固定板的位置，既实现了夹具在水平面内的定位，又提供了高度和角度方向的调节能力，从而对波纹管的空间走向进行更精细的约束。

10、作为优选，所述可调支撑组件包括伸缩筒、弯折伸缩杆和锁紧螺栓，所述伸缩筒的一端可拆卸安装于所述定位孔，所述弯折伸缩杆的一端伸入所述伸缩筒内并可沿所述伸缩筒的轴向滑动以调节高度，所述锁紧螺栓用于将所述弯折伸缩杆与所述伸缩筒锁紧固定，所述弯折伸缩杆的另一端连接所述夹具本体。上述方案中，伸缩筒固定于定位孔中，弯折伸缩杆沿伸缩筒轴向滑动以调节支撑高度，弯折伸缩杆本身可弯折以改变支撑方向和角度，锁紧螺栓用于将调节后的位置锁紧固定，通过多个可调支撑组件的协同配合，可将波纹管约束为直线、单弯、s形或螺旋形等多种预设空间路径，且每组高度和角度参数均可记录和重复调节。

11、作为优选，所述伸缩筒底部设有橡胶柱，所述橡胶柱可拆卸地插接于所述定位孔中。上述方案中，橡胶柱插入定位孔后依靠弹性变形与孔壁紧密贴合，实现快速安装与拆卸，无需借助工具，提高了重构效率，同时橡胶材质具有一定的减振作用，有助于保持波纹管在试验过程中的位置稳定。

12、作为优选，所述固定板为透明固定板。上述方案中，透明固定板便于从外部观察波纹管的走向及内部流体流动状态，配合光源和图像采集设备可实时记录示踪液在波纹管内的推进过程、优先流路径及颗粒滞留情况，为可视化示踪试验提供了便利条件。

13、作为优选，所述第一连接单元和/或所述第二连接单元为直通接头、三通接头、四通接头、变径接头或快速密封接头中的一种或多种组合。上述方案中，直通接头用于串联延伸，三通接头用于形成分支结构，四通接头用于构建交叉节点，变径接头用于连接不同管径的波纹管，快速密封接头便于快速拆装，通过选用不同通路的接头可将多根波纹管组合为串联、并联、主支网络或网格状网络等多种拓扑结构，适应不同孔隙网络模型的研究需求。

14、作为优选，还包括入口稳压腔、出口稳压腔和收液单元，所述入口稳压腔设置于供液单元与第一连接单元之间，所述出口稳压腔设置于数据采集单元与所述收液单元之间，所述收液单元用于收集试验出流流体。上述方案中，入口稳压腔用于削弱供液单元输出流体的脉动和入口扰动，保证进入可重构孔隙网络单元的流体流态稳定；出口稳压腔用于稳定出口端流态，减少出口边界对网络内部流动的干扰；收液单元用于收集试验后的出流流体，便于后续称重计量或取样分析。

15、作为优选，所述固定板内、波纹管外侧空间填充有模拟多孔介质骨架的填充介质，所述填充介质为固态颗粒或混凝土中的至少一种。上述方案中，在波纹管外侧填充固态颗粒、混凝土等介质，可模拟真实多孔介质中固体骨架对孔隙通道的包围和约束环境，使波纹管周围的物理边界条件更接近真实多孔介质，有助于提高渗流模拟结果的真实性和可靠性。

16、作为优选，还包括三维支撑架，所述三维支撑架连接于所述固定板下方或连接于两层所述固定板之间；所述数据采集单元包括压力传感器、流量计和温度传感器中的至少一种；所述供液单元为恒压水箱或蠕动泵；所述第一连接单元和/或所述第二连接单元设有密封圈和卡箍。上述方案中，三维支撑架用于支撑固定板或连接两层固定板以形成三维空间框架，使波纹管能够在三维空间内布设；压力传感器用于采集渗流压差，流量计用于采集实时流量，温度传感器用于采集流体温度以进行黏度修正；恒压水箱或蠕动泵可根据试验需要提供恒定水头或恒定流量边界条件；密封圈和卡箍用于保证连接处的密封可靠性和拆装便捷性。

17、一种波纹管可重构渗流测试装置的装配与测试方法，包括上述渗流测试装置，还包括以下步骤：

18、s1：根据需要选择对应规格的波纹管；

19、s2：在固定板上选择目标定位孔，将固定夹具的底部安装于所选定位孔中；

20、s3：将波纹管穿设于固定夹具中，通过选择不同位置的定位孔安装固定夹具，以改变波纹管的走向与空间形态；

21、s4：将波纹管的前端通过第一连接单元与供液单元连通，将波纹管的后端通过第二连接单元与数据采集单元连通；

22、s5：启动供液单元，向波纹管内注入流体，通过数据采集单元记录不同水头下的流量和压差数据；

23、s6：根据实验需求，停止供液后拆卸并更换波纹管为另一不同规格的波纹管，和/或拆卸固定夹具并重新安装于另一目标定位孔中，以改变孔喉渗流通道的等效孔径、等效孔壁粗糙度和/或等效曲折度，再次启动供液单元进行测试，获得不同结构参数下的渗流数据。

24、上述方法中，通过s1至s6的装配与测试步骤，实现了波纹管及固定夹具的快速选配、安装、连通和参数切换，使不同结构参数组合下的对比测试能够系统、高效地完成，各结构参数可独立调整，试验人员能够系统性地建立孔径、粗糙度、曲折度与渗流性能之间的因果关系，提高了试验的可重复性和换参效率。