具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图2，本发明第一方面实施例中的天然气水合物固态流化采掘腔流场模拟装置，包括流场模拟装置1，该流场模拟装置1包括密封箱体11、模拟管12、射流管13和回收管14，射流管13的第一端和回收管14的第一端分别插入至密封箱体11的内部，实现射流管13、密封箱体11和回收管14的连通。射流管13的第一端设有射流孔131，用于模拟对天然气水合物的射流破碎；回收管14的第一端设有回收孔141，用于模拟天然气水合物的采收。射流管13用于引导射流流体进入密封箱体11，回收管14用于引导混合流体离开密封箱体11。模拟管12的内壁用于模拟采掘腔的内壁，模拟管12安装在密封箱体11内，射流孔131和回收孔141均位于模拟管12内，具体地，模拟管12可设计成多种几何形状，以此模拟不同构造的采掘腔，增加本模拟装置的泛用性。

在一些实施例中，实验人员可先将固相样本固定于模拟管12内壁，通过向射流管13中输入高压射流，高压射流从射流孔131中喷出，可以实现对固相样本的破碎工作，从而模拟实际射流破碎工况；记录流场对模拟管12内壁的影响，进而模拟流场对采掘腔内壁的影响。

在本实施例中，天然气水合物固态流化采掘腔流场模拟装置还包括混料装置、增压泵和自吸泵，混料装置用于将固相颗粒与液相混合，模拟射流破碎时所产生的的固液混合物。增压泵的输入端与混料装置连接，输出端与射流管13的第二端连接，用于将固液混合物输出至流场模拟装置1中。自吸泵的输入端与回收管14的第二端连接，输出端与混料装置连接，用于将固液混合物输出至混料装置中，实现固液混合物的回收利用。相较于在密封箱体11内对固相样本进行射流破碎的模拟方式，本方式可以避免大块的固相样本对流场的扰乱，且随着固相样本体积的变化，其对流场的扰乱程度也会发生变化，从而造成实验结果不可控，因此采用先将固液相混合再输入流场模拟装置1的方式。

具体地，混料装置包括加料机和混料罐，固相颗粒储存于加料机中，当需要增加固相颗粒浓度时，加料机往混料罐中添加固相颗粒，从而提高固相颗粒浓度；混料罐与增压泵连接，混料罐完成混料后可通过增压泵将混合物输送至流场模拟装置1中。

进一步地，密封箱体11包括密封箱体本体111和端盖112，端盖112与密封箱体本体111的一端可拆卸连接，可选地，端盖112的数量为两个，两个端盖112分别与密封箱体本体111的两端一一对应设置。将端盖112打开后，模拟管12可从密封箱体11中取出，从而方便对模拟管12进行更换。

进一步地，射流孔131和回收孔141的数量均为两个以上，从而可模拟多喷嘴组合射流破碎的流场情况。

进一步地，模拟管12设有第一压力检测装置，用于检测流场的影响。优选地，第一压力检测装置的数量为多个，且均分布于模拟管12的内壁，从而可对流场情况做更全面、准确的模拟。

进一步地，密封箱体11底部设有重量传感器，用于检测固相颗粒在密封箱体11中的沉积量，从而计算出固相颗粒在密封箱体11中的沉积速率，借此可调整混料装置中固液相的混合比例和增压泵的输出功率，将密封箱体11中固相颗粒的浓度保持在一定范围，防止实验结果由于固相颗粒浓度变化而发生变化。可选地，重量传感器可与混料装置、增压泵和自吸泵电连接，实现对密封箱体11中固相颗粒浓度的自动调整。

进一步地，模拟管12的内部空间与密封箱体11的内部空间流通，密封箱体11设有溢流阀，用于防止密封箱体11内水压过高，而且也可用于模拟采掘腔出现井壁泄露时对采掘腔内多相流场和固相收集的影响，溢流阀的数量可根据需要进行相应增减。

进一步地，密封箱体11设有第二压力检测装置，第二压力检测装置的数量可根据需要进行增减，第二压力检测装置分布于密封箱体11内表面，用于检测溢流阀开启时溢流量对流场的影响，更好地模拟采掘腔出现井壁泄露时的状况。

进一步地，密封箱体11和模拟管12均采用透明材质，方便实验人员或可见光检测仪器观察、检测实验过程。

基于上述任一项所述的天然气水合物固态流化采掘腔流场模拟装置，本发明第二方面实施例中的实验方法包括：

S1.制作模拟管12，使模拟管12内壁的粗糙度、几何形状、几何尺寸均接近要模拟的采掘腔形式，提高模拟精度。确定射流孔131与回收孔141在密封箱体11内的位置，以及射流孔131与回收孔141的排列方式、几何形状和数量，从而模拟对应的采掘设备的射流破碎形式；

S2.在模拟管12内壁设置第一压力检测装置；

S3.将模拟管12、射流管13和回收管14安装至密封箱体11，将密封箱体11的端面封闭，向密封箱体11注水以填充其内部空间，检查密封箱体11的密封性，防止实验过程中由于泄漏导致流场紊乱；

S4.开启混料装置以获得固液相混合物；

S5.开启增压泵和自吸泵，使得密封箱体11内形成流场，记录第一压力检测装置的实验数据；

S6.根据重量传感器的实时重量值求得密封箱体11重量随时间的变化率，从而计算出密封箱体11内固相颗粒的沉积速率，进而调整混料装置的混料比例和增压泵的输出功率，将密封箱体11内固相颗粒的浓度保持在设定的范围；

S7.改变模拟管12内表面粗糙度、几何形状、几何尺寸、混料装置的混料比例、增压泵的输出功率、射流孔131和回收孔141的位置、数量、大小、溢流阀的溢流临界值中的至少一种，重复以上S1至S6。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。