[发明专利]一种多孔材料多场耦合渗透率测量装置及其测量方法

说明书

本发明提出一种多孔材料多场耦合渗透率测量装置及其测量方法，测量装置包括外筒、内筒、端盖；待测多孔材料将内筒内腔分为进液腔和排液腔，在进液腔中安放有三组液位指示装置，当液面达到上侧液位指示装置时，停止液体加入，控制系统根据中侧和下侧液位指示装置返回值来进行时间的测量和完成自动加水功能。内筒和外筒之间的保温腔起到了保温隔热效果，可以在温度测量时使误差减至最小。多孔材料上端进液腔安装有温度传感器，可以精确的测出实时温度，当温度低于设定温度时，控制系统在装置外界液体容器中对通过进液管道流入进液腔的液体加热，使温度始终能够达到设定温度，从而做到了综合考虑耦合场下对多孔材料的渗透性能测量。

技术领域

本发明涉及一种多孔材料多场耦合渗透率测量装置及测量方法。特别是针对流场、温度场耦合下人工骨支架渗透率的测量装置和测量方法。

背景技术

目前，渗透率测量主要集中用于煤岩、沙土、岩石领域，测量方法主要基于常水头和变水头测量原理，钻孔常水头注水试验适用于地下水位以下渗透性较强的岩土层，变水头注水试验适用于地下水位以上、渗透性不大的岩土层。依此原理发明的测量仪测量精度低，操作繁琐，速度慢。随着多孔支架在生物医学领域的应用和推广，评价生物多孔支架材料的渗透性能优劣也愈发重要。在组织工程中，支架材料的孔径尺寸和孔隙率可以影响种子细胞的增殖和活性，更大的孔径尺寸有利于新生组织的生长，而高孔隙率也为细胞提供了更大的扩增和迁移空间。因此，孔径尺寸和孔隙率一直以来被认为是支架材料的重要结构参数，渗透率测量仪则是测定多孔材料渗透系数的一种仪器。而对于血清蛋白等营养液在体温(37度)下相对于多孔材料支架的渗透系数评定也愈发重要，它的测量值是生物多孔支架材料在骨移植术后成活的关键评价指标，因此，多孔支架材料渗透率测量仪器的发明在生物医学组织工程领域具有重要意义。

变水头法测定的多孔材料渗透系数的液体渗流必须满足层流条件。该方法测定多孔材料渗透系数的测定仪器仍需在以下两方面进行改进：

(1)由于没有考虑温度场对渗透系数的影响，故渗透液体的动力粘度系数必然造成测量不出不同温度下的多孔材料的渗透系数，仅能从宏观测量近似反映不同温度渗流液体的渗透系数；

(2)由于主观人为方法获取渗透系数的测量变量，因此测量变量相对多，且渗透系数操作和计算并不简便。其装置测量变量可以减少，操作方法和仪器本身有待改进。

常水头试验方法中水头差容易测量但易波动，且该测量仪器也相对复杂，系统对外界环境变化敏感；其次，该方法操作复杂，需要很多辅助测量装置协作完成，因此测量多孔材料渗透率较耗时间，并且此方法同样未考虑温度因素对多孔材料渗透率的影响。

2011年11月2日公开的实用新型专利CN202024947U公开了一种多孔材料流—固—热多场耦合渗透率测量装置，此方法需要安装温度传感器、压力传感器、微流量传感器，测量的变量较多，容易产生较大的误差，而且操作不便，对于生物骨支架渗透率的精确测量更是很难完成。2005年09月21日公开的实用新型专利CN2727731公开了一种多功能道路材料渗透测定仪，首先他利用水箱和测试容器的压差来维持进液，这样就不能保证精确的流量，其次利用天平测量渗流出的水的质量，如此造成误差传递，影响测量精度。2015年03月18日公开的实用新型专利CN204214748U公开了钻井泥饼渗透率测量装置，实现了对薄软泥饼的渗透率测量。上述发明仪器均未考虑温度变化对多孔材料渗透率的影响。实际上温度的变化直接影响多孔介质的微观结构，这样直接影响渗透率测量的准确性。对于多孔材料在温度和压力耦合条件下的低渗透率测量已引起该领域学者关注。对于生物多孔支架在温度和流场耦合条件下的渗透率测量未有报道。

发明内容

本发明的目的是，针对现有多孔材料渗透率测量在多场耦合场的条件下，未考虑温度变化对渗透性能影响的不足，提供一种新的多孔材料多场耦合渗透率测量装置及其测量方法。

本发明的技术方案为：