[发明专利]一种多孔介质吸附扩散动态自测实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种多孔介质吸附扩散动态自测实验系统及方法，该系统包括扩散气体恒温储集系统、数据高频自动采集系统、压差自动调平系统和气体恒温吸附系统。本发明利用压差自动调平系统使得储水柱、集气柱液面平齐，解决了气体压力变化带来的系统性误差；利用扩散气体恒温储集系统、气体恒温吸附系统解决了气体温度变化带来的系统性误差。数据高频自动采集系统利用超声波反射采集数据信息，能够做到高频率和高准确性读数。计算机编程计算气体扩散的总体积、多孔介质的气体吸附量，并实现实验数据的动态可视化显示，提高了科研工作效率。整个实验系统自动化程度高，很大程度上减少了人为操作带来的误差，同时为科研人员节省了大量时间。

技术领域

本发明涉及多孔介质吸附扩散技术领域，具体涉及一种多孔介质吸附扩散动态自测实验系统及方法。

背景技术

随着近年来我国经济的飞跃发展，对能源的需求量也稳步上涨，煤层气和页岩气能源的开发成为研究热点。因此研究瓦斯和页岩气在煤岩和页岩中的解吸扩散特性，对煤层气和页岩气的开发利用意义重大。煤岩、页岩、各种气体吸附剂等都是典型的多孔介质材料，其内部具有复杂的孔隙网络，这些孔隙-裂缝系统为储气和运移提供了主要场所。多孔介质内气体运移可分为吸附、解吸、扩散和渗流。其中，气体的吸附和解吸扩散主要发生在微孔内，受到吸附浓度梯度和孔隙结构两方面影响。大量专家学者用吸附扩散系数来定量描述气体在多孔材料中的流动特征，而这些参数往往需要通过大量实验测试得出。这些吸附扩散实验耗时较长，特别是气体扩散阶段，实验人员往往需要进行长时间高频率的数据记录。然而，目前气体扩散实验大多采用排水法并用量筒读数，这种实验方式存在以下不足之处：1、研究人员通过人工读数要花费大量的时间和精力，而且很难高频率采集和记录数据；2、实验过程中量筒内液体液面在不断变化，人眼观测读数难免会存在较大误差，特别是气体扩散初期阶段速度较快，研究人员无法准确读数；3、根据理想气体状态方程可知，气体温度对体积存在较大影响。由于整个实验过程往往需要4个小时以上，因此外界环境温度的变化对实验的精度有较大影响；4、排水法测量时，量筒内气体与外界存在压差，此时气体体积会存在较大误差；5、排水法测量时，每次实验都要将量筒内重新充满水并检验气密性，操作繁琐费时费力。

发明内容

针对现有吸附解吸实验装置存在的不足，本发明提出一种多孔介质吸附扩散动态自测实验系统及方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔介质吸附扩散动态自测实验系统，包括：扩散气体恒温储集系统、数据高频自动采集系统、压差自动调平系统和气体恒温吸附系统，

扩散气体恒温储集系统包括底部通过软管连通的集气柱、储水柱，集气柱上方设有进气管，软管上设有水管，水管上设有三通阀门；集气柱、储水柱、软管、进气管外侧均套设有外层恒温水浴管，外层恒温水浴管内设有加热电阻丝，集气柱、储水柱内均设有去离子水，

压差自动调平系统包括储水柱下方设置的自动升降平台，集气柱去离子水液面上方设有漂浮板，漂浮板上方设有朝向储水柱方向的发射器，储水柱去离子水液面上方设有不透光油，储水柱远离集气柱的侧壁上设有条形感应开关，条形感应开关连接有升降开关，升降开关调节自动升降平台高度；集气柱上端设有排气管a，排气管a上设有排气阀a；储水柱上端设有排气管b，排气管b上设有排气阀b；

数据高频自动采集系统包括设置于储水柱上方的超声波发射器、储水柱底端的金属板、与超声波发射器通过数据传输线连接的计算机；

气体恒温吸附系统通过管路连接进气管。

优选地，扩散气体恒温储集系统还包括调节加热电阻丝温度的数显水浴温度控制器。

优选地，扩散气体恒温储集系统还包括设置在集气柱下方的手动升降平台。

优选地，超声波发射器通过固定支架固定在储水柱上方，超声波发射器由直流电源通过电源线供电。