一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置的制作方法

本技术涉及煤矿，具体为一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置。

背景技术：

1、煤层注水或注气是进行防尘或提高瓦斯抽采率的重要技术措施，但由于不同地区煤的变质程度存在很大差异，需要提前测定水或气体在煤表面的接触角，以判定煤层的润湿特征，即煤层是否具有可注性，接触角的测试分为动态接触角和静态接触角，对于静态接触角的测试较为简单，现场取煤块，然后用切割机制取煤样切片，并经过表面打磨处理制成测试样品，然后利用滴液针头，在煤体表明形成座滴，然后通过量取测试获得静态接触角。

2、而动态接触角需要将针头浸在液滴或气泡内部，然后通过注射装置缓慢增加流体量(加液)来测试前进角，而通过回吸液滴(减液)来测试后退角，即加液/减液法，另外，还可以采用倾斜板法，即在样品切片表面形成液滴，然后通过倾斜切片观测液滴滚动时的角度来获得动态接触角。

3、由于动态接触角的变化是一个非常迅速的过程，如果不能捕捉液滴移动的准确时刻，动态接触角的测量将会出现较大误差，目前通常采用录制视频的方法来记录液滴变化的全部过程，然后再通过截取图片来量取动态接触角，这种测试方法对于低温低压条件下的动态接触角测量是有效的，但当压力和温度较高时，特别是气体进入超临界状态或液态相态时，气泡或液滴将会变得非常不稳定，加之动态接触角的移动过程较快，容易出现边缘模糊的现象，同样会带来较大误差。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、本实用新型的目的在于提供一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，以解决上述背景技术中提出当压力和温度较高时，特别是气体进入超临界状态或液态相态时，会带来较大误差的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，包括恒温室，所述恒温室的内部固定安装有测试容器，所述测试容器的左右两侧固定安装有透明光学玻璃，所述测试容器的左右两侧固定安装有凹面镜，右侧所述凹面镜的左下方固定安装有光源，左侧所述凹面镜的右上方固定安装有高速摄像机，所述恒温室的上端固定安装有图集采集器，所述高速摄像机与图集采集器线连接。

5、优选的，所述恒温室的左侧固定安装有滴泡气瓶，所述滴泡气瓶的出料端固定连通有滴泡柱塞泵，所述滴泡柱塞泵位于恒温室的内部，所述滴泡柱塞泵的另一端与三通阀门固定连通，所述三通阀门的另一端与控温气液混合容器固定连通，所述三通阀门的第三端与测试容器固定连通，所述控温气液混合容器的另一端与高压阀门固定连通，所述高压阀门的另一端与测试容器固定连通，高速摄像机采用动态边缘触发模式，三通阀门和高压阀门应采用高压针阀，气液混合容器内的去离子水的液面应低于容器内部高度的三分之二。

6、优选的，所述恒温室的右侧固定安装有背压钢瓶，所述背压钢瓶的出料端固定连通有背压柱塞泵，所述背压柱塞泵位于恒温室的内部，所述背压柱塞泵的另一端与测试容器固定连通，当实验压力低于2mpa时，柱塞泵的压力应比实验压力高0.1mpa，但不超过0.3mpa；当实验压力高于2mpa、小于等于6mpa时，柱塞泵的压力应比实验压力高0.5mpa，但不超过0.8mpa；当实验压力高于6mpa，小于等于9mpa时，柱塞泵的压力应比实验压力高0.8mpa，但不超过1mpa；当柱塞泵的压力高于9mpa时，柱塞泵的压力应比实验压力高1.2mpa，但不超过2mpa。

7、优选的，所述恒温室的右端固定安装有控温仪，所述恒温室的内部固定安装有热电偶，所述恒温室的内部固定安装有加热器，安装的控温仪、热电偶、加热器以及恒温室可使实验保持在恒定温度下进行。

8、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

9、该多相介质在煤体表面接触角的测量装置，将凹面反射镜的纹影成像原理引用到接触角的测量过程中，利用凹面反射镜可以产生平行反射光的特点，可以观测流场内微弱的流体波动，并能更准确的捕捉各相介质的交界面，从而可以更快速的捕捉接触角测量过程中液滴或气泡的边缘，从而为准确判断动态或静态接触角提供了基础。

技术特征：

1.一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，包括恒温室(17)，其特征在于：所述恒温室(17)的内部固定安装有测试容器(1)，所述测试容器(1)的左右两侧固定安装有透明光学玻璃(2)，所述测试容器(1)的左右两侧固定安装有凹面镜(3)，右侧所述凹面镜(3)的左下方固定安装有光源(4)，左侧所述凹面镜(3)的右上方固定安装有高速摄像机(5)，所述恒温室(17)的上端固定安装有图集采集器(6)，所述高速摄像机(5)与图集采集器(6)线连接。

2.根据权利要求1所述的一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，其特征在于：所述恒温室(17)的左侧固定安装有滴泡气瓶(7)，所述滴泡气瓶(7)的出料端固定连通有滴泡柱塞泵(8)，所述滴泡柱塞泵(8)位于恒温室(17)的内部，所述滴泡柱塞泵(8)的另一端与三通阀门(9)固定连通，所述三通阀门(9)的另一端与控温气液混合容器(10)固定连通，所述三通阀门(9)的第三端与测试容器(1)固定连通，所述控温气液混合容器(10)的另一端与高压阀门(11)固定连通，所述高压阀门(11)的另一端与测试容器(1)固定连通。

3.根据权利要求2所述的一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，其特征在于：所述恒温室(17)的右侧固定安装有背压钢瓶(12)，所述背压钢瓶(12)的出料端固定连通有背压柱塞泵(13)，所述背压柱塞泵(13)位于恒温室(17)的内部，所述背压柱塞泵(13)的另一端与测试容器(1)固定连通。

4.根据权利要求3所述的一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，其特征在于：所述恒温室(17)的右端固定安装有控温仪(14)，所述恒温室(17)的内部固定安装有热电偶(15)，所述恒温室(17)的内部固定安装有加热器(16)。

5.根据权利要求4所述的一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，其特征在于：左右两侧所述凹面镜(3)呈平行分布，左右两侧所述凹面镜(3)之间的距离大于其焦距的两倍。

6.根据权利要求5所述的一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，其特征在于：所述光源(4)位于右侧所述凹面镜(3)的焦点处，所述高速摄像机(5)位于左侧所述凹面镜(3)的焦点处。

技术总结
本技术涉及煤矿技术领域，且公开了一种多相介质在煤体表面接触角的测量装置，包括恒温室，所述恒温室的内部固定安装有测试容器，所述测试容器的左右两侧固定安装有透明光学玻璃，所述测试容器的左右两侧固定安装有凹面镜，右侧所述凹面镜的左下方固定安装有光源。该多相介质在煤体表面接触角的测量装置，可以快速清晰地捕捉动态接触较测量过程中液滴或气泡的边缘，避免边缘的瞬态快速移动和相态变化带来的测量误差，从而为高温高压环境中煤体表面动态接触角的快速准确测量提供一种系统及方法，同时，它也可以用于静态接触角的测量，另外，该系统及方法不仅适用于煤体表面，也适用于其它任何固体材料表面接触角的测量。

技术研发人员：杜海涛,汤红枪,邱家川,杨杰,潘浩萌,罗志强,范贺飞
受保护的技术使用者：河南省正龙煤业有限公司
技术研发日：20230612
技术公布日：2024/2/19