專利名稱：多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置。特別是針對流場、 溫度場耦合下人工骨多孔支架滲透率的測量裝置。
背景技術(shù)：
多孔材料由于其相對密度小、比表面積大、熱導(dǎo)率低及強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子通訊、交通運(yùn)輸、原子能、醫(yī)學(xué)等諸多方面。滲透系數(shù)(亦稱滲透率) 是衡量多孔材料物理特性優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，滲透率測量儀則是測定多孔材料滲透系數(shù)的一種儀器。目前，滲透率測量主要集中應(yīng)用于煤巖、沙土、巖石領(lǐng)域，測量方法主要基于常水頭和變水頭測量原理，依此原理發(fā)明的測量儀器測量精度低，操作繁瑣，速度慢等缺點(diǎn)。 隨著多孔支架在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，評價生物多孔支架材料的滲透性能優(yōu)劣也愈發(fā)重要。但是有關(guān)生物骨支架滲透率測量儀器未有文獻(xiàn)報道，對于血清蛋白等營養(yǎng)液在體溫(37°C )下相對于多孔材料支架的滲透系數(shù)評定也愈發(fā)重要，它的測量直接關(guān)系生物多孔支架材料在骨移植術(shù)后成活的關(guān)鍵評價指標(biāo)，因此，多孔支架材料滲透率測量儀器的發(fā)明在生物醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域具有重要意義。變水頭法測定多孔材料滲透系數(shù)的液體滲流必須滿足層流條件。該方法測定多孔材料滲透系數(shù)的測定儀器仍需在以下三個方面進(jìn)行改進(jìn)(1)秒表計時，由于人為讀數(shù)和操作很容易引入主觀觀測誤差，造成測量結(jié)果的準(zhǔn)確性有待提高；(2)由于沒有考慮溫度場對滲透系數(shù)的影響，故滲流液體的動力粘度系數(shù)必然造成測量不出不同溫度下的多孔材料的滲透系數(shù)，僅能從宏觀測量近似反映不同溫度滲流液體的滲透系數(shù)；(3)由于主觀人為方法獲取滲透系數(shù)的測量變量，因此測量變量相對多，且滲透系數(shù)操作和計算并不簡便，測量變量可以減少，操作方法和儀器本身有待改進(jìn)。常水頭試驗(yàn)方法中水頭差容易測量但易波動，且該測量儀器也相對復(fù)雜，系統(tǒng)對外界環(huán)境變化敏感；其次，該方法操作復(fù)雜，需要很多輔助測量裝置協(xié)作完成，因此測量多孔材料滲透率耗時，并且此方法同樣未考慮溫度因素對測量多孔材料滲透率的影響。發(fā)明專利912^407. 1公開了一種滲透率梯度測試儀，其主要測試巖心縱向分段滲透率參數(shù)，此方法需要從環(huán)壓輸入孔加入環(huán)壓來實(shí)現(xiàn)密封，裝置過于龐大，操作不便，對于生物骨支架滲透率測量更是不易操作。發(fā)明專利200420007652公開了一種多功能道路材料滲透測定儀，首先他利用水箱和測試容器的壓差來維持進(jìn)液，這樣就不能保證精確的流量，其次利用天平測量滲流出的水的質(zhì)量，如此造成誤差傳遞，影響測量精度。發(fā)明專利 200510031317. 2公開了滲透系數(shù)測定方法及測定儀，它主要用于土樣滲透性能的研究。這些測量技術(shù)的測量范圍及檢測精度均難以適用。上述發(fā)明儀器均未考慮溫度變化對多孔材料滲透率的影響。實(shí)際上溫度的變化直接導(dǎo)致多孔介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，這樣直接導(dǎo)致滲透率測量的準(zhǔn)確性。對于多孔材料在溫度和應(yīng)力耦合條件下的低滲透率測量已引起該領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注，然而用于溫度和壓力耦合條件下的滲透率測量儀器未見發(fā)明。對于生物多孔支架在溫度和壓力耦合條件下滲透率的測量就更未有報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有多孔材料滲透率測量在流-固-熱多場耦合場的條件下，未考慮溫度場變化對滲透性能的影響的不足，提供一種新的多孔材料流-固-熱多場耦
合滲透率測量裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置，主要包括蓋1、外筒2、保溫材料3和內(nèi)筒4 ；保溫材料3填充在外筒2和內(nèi)筒4之間；蓋1、外筒2、 保溫材料3和內(nèi)筒4使得內(nèi)筒4內(nèi)部形成一空腔；內(nèi)筒4內(nèi)壁為一臺階型壁面，待測多孔材料5位于該臺階上，其外壁面和內(nèi)筒4內(nèi)壁緊密配合，同時，多孔材料5將內(nèi)筒4內(nèi)部的空腔分割為右側(cè)的進(jìn)液空腔和左側(cè)的排液空腔；排液空腔內(nèi)有一個外壁與內(nèi)筒4內(nèi)壁吻合的套筒6，套筒6用來壓緊多孔材料5，防止因液體壓力而使被測實(shí)驗(yàn)材料發(fā)生移動，造成實(shí)驗(yàn)誤差；密封圈7放置在套筒6的左側(cè)，其左側(cè)由蓋1頂緊；一根依次貫穿外筒2、保溫材料3 和內(nèi)筒4的進(jìn)液軟管8將進(jìn)液空腔和外界連通，另一根依次貫穿套筒6、內(nèi)筒4、保溫材料3 和外筒2的排液軟管9將排液空腔和外界連通；所述的排液軟管9上裝有一個微流量傳感器10 ；進(jìn)液空腔或排液空腔中裝有一個溫度傳感器11，用于測定液體的溫度；溫度傳感器 11也可以在進(jìn)液空腔和排液空腔中各裝有一個。進(jìn)液空腔和排液空腔分別裝有進(jìn)液空腔壓力傳感器12和排液空腔壓力傳感器13，用于測定滲流液體的壓力。采用以上方案的有益效果本發(fā)明所用裝置可以將溶液從進(jìn)液孔輸入，從出液孔流出，通過微流量傳感器可以直接測出溶液流動速率，從而測出多孔材料滲透率。內(nèi)筒和外筒之間加入的保溫材料，很好的起到了隔熱效果，可以在溫度測量時使誤差減小到最小。蓋和套筒之間的密封圈，可以有效保證液體全部從出口流出，減少實(shí)驗(yàn)誤差。多孔材料右端安裝熱電阻傳感器，可以精確的計算熱量的流失，出口處安裝了微流量傳感器，可以精確的測出液體滲流量，從而做到了綜合考慮流-固-熱耦合場下對多孔材料的滲透性能測量。
圖1 本發(fā)明提出的多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置示意圖圖中，1-蓋，2-外筒，3-保溫材料，4-內(nèi)筒，5-多孔材料，6_套筒，7_密封圈，8_進(jìn)液軟管，9-排液軟管，10-微流量傳感器，11-進(jìn)液空腔溫度傳感器，12-進(jìn)液空腔壓力傳感器，13-排液空腔壓力傳感器
具體實(shí)施方式
參閱圖1，本實(shí)施例中的多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置用于松質(zhì)骨試樣的滲透率測量，該裝置包括膠木蓋1、不銹鋼外筒2、聚乙烯保溫材料3、不銹鋼內(nèi)筒4 和不銹鋼套筒6 ；保溫材料3密封膠結(jié)于外筒2和內(nèi)筒4之間，減少熱量的耗散，從而減少測量誤差；蓋1、外筒2、保溫材料3禾P內(nèi)筒4使得內(nèi)筒4內(nèi)部形成一空腔；內(nèi)筒4內(nèi)壁為一臺階型壁面，臺階上放置直徑d= 15mm，高度δ = 12mm圓柱形去蛋白豬肋松質(zhì)骨的多孔材料5，其外壁面和內(nèi)筒4內(nèi)壁緊密配合，同時，多孔材料5將內(nèi)筒4內(nèi)部的空腔分割為右側(cè)的進(jìn)液空腔和左側(cè)的排液空腔；排液空腔內(nèi)有一個外壁與內(nèi)筒4內(nèi)壁吻合的環(huán)狀套筒6，套筒6用來壓緊多孔材料5，防止因液體壓力而使被測實(shí)驗(yàn)材料發(fā)生移動，造成實(shí)驗(yàn)誤差；密封圈7放置在套筒6的左側(cè)，其左側(cè)由蓋1頂緊；一根依次貫穿外筒2、保溫材料3和內(nèi)筒4 的進(jìn)液軟管8將進(jìn)液空腔和外界連通，外連輸液泵，PVC進(jìn)液軟管⑶外徑為5mm，它與外筒 O)、保溫材料⑶和內(nèi)筒⑷的小孔內(nèi)閉密封；另一根依次貫穿套筒6、內(nèi)筒4、保溫材料3 和外筒2的排液軟管9將排液空腔和外界連通；PVC排液軟管9外徑也為5mm，亦與所穿過小孔的內(nèi)壁密封；排液軟管9上裝有一個微流量傳感器10，本例中使用的是MicroFlow 微流量傳感器；進(jìn)液空腔中裝有一個溫度傳感器11，本例中使用的是霍尼韋爾PT1000鉬電阻溫度傳感器。進(jìn)液空腔和排液空腔分別裝有進(jìn)液空腔壓力傳感器12和排液空腔壓力傳感器13，本例中使用的都是K-TEK壓力傳感器，用于測定滲流液體的壓力。
權(quán)利要求1.一種多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置，其特征在于主要包括蓋(1)、 外筒⑵、保溫材料⑶和內(nèi)筒⑷；保溫材料⑶填充在外筒⑵和內(nèi)筒⑷之間；蓋⑴、 外筒O)、保溫材料(3)和內(nèi)筒(4)使得內(nèi)筒內(nèi)部形成一空腔；內(nèi)筒內(nèi)壁為一臺階型壁面，待測多孔材料( 位于該臺階上，其外壁面和內(nèi)筒(4)內(nèi)壁緊密配合，同時，多孔材料(5)將內(nèi)筒內(nèi)部的空腔分割為右側(cè)的進(jìn)液空腔和左側(cè)的排液空腔；排液空腔內(nèi)有一個外壁與內(nèi)筒⑷內(nèi)壁吻合的套筒(6)，套筒(6)用來壓緊多孔材料(5)；密封圈(7)放置在套筒(6)的左側(cè)，其左側(cè)由蓋⑴頂緊；一根依次貫穿外筒O)、保溫材料(3)和內(nèi)筒⑷ 的進(jìn)液軟管(8)將進(jìn)液空腔和外界連通，另一根依次貫穿套筒(6)、內(nèi)筒0)、保溫材料(3) 和外筒O)的排液軟管(9)將排液空腔和外界連通；所述的排液軟管(9)上裝有一個微流量傳感器(10)；進(jìn)液空腔或排液空腔中裝有一個溫度傳感器(11)；進(jìn)液空腔和排液空腔分別裝有進(jìn)液空腔壓力傳感器(12)和排液空腔壓力傳感器(13)，用于測定滲流液體的壓力。
2.一種如權(quán)利要求1所述的多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置，其特征在于所述的溫度傳感器(11)在進(jìn)液空腔和排液空腔中各裝有一個。
3.—種如權(quán)利要求1所述的多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置，其特征在于所述的保溫材料⑶為聚乙烯。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多孔材料流-固-熱多場耦合滲透率測量裝置，特別是針對流場、溫度場耦合下人工骨多孔支架滲透率的測量裝置。該裝置可以將溶液從進(jìn)液軟管輸入，從出液軟管流出，通過微流量傳感器可以直接測出流體累積流量，通過進(jìn)液空腔壓力傳感器與排液空腔壓力傳感器測得進(jìn)液空腔和排液空腔壓力之差，再結(jié)合流體粘度、多孔材料長度和截面積，從而可以進(jìn)行多孔材料滲透率的計算。本實(shí)用的技術(shù)方案考慮了溫度場變化對滲透性能的影響，實(shí)現(xiàn)了流-固-熱多場耦合情況下對多孔材料的滲透性能測量。
文檔編號G01N15/08GK202024947SQ201020522989
公開日2011年11月2日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者李山, 楊明明, 汪焰恩, 王海強(qiáng), 魏生民 申請人:西北工業(yè)大學(xué)