[发明专利]一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置及其工作方法

权利要求书

1.一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置，其特征在于，包括循环制冷系统、测试单元系统、微观操作系统、显微观察系统；

所述循环制冷系统连接所述测试单元系统，用于为所述测试单元系统提供恒定的温度；所述微观操作系统连接所述测试单元系统，用于实时测量所述测试单元系统内生成水合物粘附力；所述显微观察系统连接所述测试单元系统，用于实时记录测试单元系统内水合物的生长情况，将所摄图像实时呈现，并进行记录储存；

所述测试单元系统包括常压可视化反应装置、常压反应槽、液体入口、液体出口、测试单元件，所述常压可视化反应装置的一侧壁上设有所述常压反应槽，所述侧壁上连通设有所述液体入口、所述液体出口，所述侧壁上还设有可视窗口，所述常压反应槽内设置有所述测试单元件，所述测试单元件包括实心金属块、透明石英框，所述实心金属块上设有若干个透明石英框；

所述循环制冷系统包括低温恒温槽、循环液入口、循环液出口，所述循环液入口通过循环导管与所述液体出口连接，所述循环液出口通过循环导管与所述液体入口连接；

所述微观操作系统包括数显式推拉力计、十字滑台，所述数显式推拉力计固定在所述十字滑台上，所述数显式推拉力计顶部设有弯曲接头，所述弯曲接头上设有不锈钢片，所述不锈钢片贴合在所述透明石英框的框壁上；

所述显微观察系统包括计算机、CCD图像传感器、连变镜头、发光二极管LED强光源、显微镜横梁、主立杆、光源控制盒、底座，所述CCD图像传感器上的一端连接所述连变镜头，用于实施观察和记录水合物在金属壁面的生长形态，所述CCD图像传感器、所述连变镜头均固定在所述显微镜横梁上，所述CCD图像传感器、所述连变镜头、所述显微镜横梁通过所述主立杆上的滑动凹槽固定在所述主立杆上，所述主立杆垂直固定在所述底座上，所述发光二极管LED强光源固定在所述连变镜头的前段，用于向所述测试单元系统内提供光源，所述光源控制盒用于调节发光二极管LED强光源的亮度，所述CCD图像传感器的另一端通过数据线连接计算机。

2.根据权利要求1所述的一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置，其特征在于，所述实心金属块上粘附有一层不锈钢割片，所述不锈钢割片通过卡槽设置若干个所述透明石英框。

3.根据权利要求2所述的一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置，其特征在于，所述透明石英框为无顶面、无底面中间镂空的正方体。

4.根据权利要求1所述的一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置，其特征在于，所述可视窗口由内到外依次包括白玻璃视窗、有机玻璃视窗，所述白玻璃视窗、有机玻璃视窗均为有机玻璃。

5.一种利用权利要求2或3所述的可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置获取可视化水合物壁面生成形态及壁面粘附力的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)向所述常压可视化反应装置注入循环液乙二醇；

(2)启动循环制冷系统，使所述常压可视化反应装置内的温度调至T₁，(-10)℃<T₁<(-2)℃；

(3)向所述常压反应槽内倒入体积的环戊烷，冷却20-40min；

(4)将实心金属块浸没在液氮中冷却，待实心金属块完全冷却后，利用蒸馏水蒸汽的冷凝作用在冷却后的实心金属块壁面生成一层雪白色冰膜，将若干个所述透明石英框通过所述卡槽设置在所述实心金属块上，将设有若干个所述透明石英框的实心金属块放入所述常压反应槽内的环戊烷中；

(5)调节循环制冷系统，以0.5-1.5℃/min的升温速度，提高循环制冷系统温度，直至到(-0.5)℃-0.5℃，并在此温度维持30min以上，继续以0.2-1.2℃/min的升温速度，提高循环制冷系统温度，直至T₂，2℃<T₂<7℃；

(6)步骤(1)-步骤(5)中，通过所述显微观察系统实时观察、记录水合物的生成形态，并每隔20-40min用注射器向所述常压反应槽内加0.05-0.15ml的水，每隔2h向所述常压反应槽加4-6ml的环戊烷；

(7)待循环制冷系统温度达到T2后，继续实验5-10h，转动十字滑台把数显式推拉力计向前移动，推动所述透明石英框沿不锈钢卡槽运动，将所述透明石英框内的壁面水合物剥离，数显式推拉力计记录的最大值即为水合物壁面粘附力；

(8)按照步骤(1)-步骤(7)重复若干次试验，取同样条件下得出的若干个水合物壁面粘附力，取平均值为最终的水合物壁面粘附力。