CN105841919A - 黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，包括具有流体入口和流体出口的模型槽，所述流体入口和流体出口均连接着装载有黏性非牛顿流体试验材料的水箱，所述模型槽采用透明材料制成，所述模型槽底部靠近流体入口的那一端设置有长支架，所述模型槽底部靠近流体出口的那一端设置有短支架，所述长支架上装配有能够调节长支架长度的升降阀，所述模型槽内的底部设置有传送带。本发明实现了黏性非牛顿流体流动过程中，固体物质运动可视化、全断面的监测，解决了常规室内水槽试验装置受长度和试验材料透明度限制，无法长时间观测固体物质的垂向位移场和速度场的问题。

Description

黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及黏性非牛顿流体运动的基础研究领域，尤其涉及一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置及其使用方法。主要适用于火山灰、黏性泥石流、雪崩等流体中包含的滚石、树枝等固体物质的运动规律模拟试验等技术领域，并可扩展至其他非牛顿流体与固体的两相流研究领域。
背景技术
在流体力学研究领域，黏性泥石流、火山灰、雪崩等黏性非牛顿流体中固体物质的运动特征是黏性泥石流等自然灾害堆积过程研究、非牛顿流体力学基础研究、城市防灾减灾工程施工设计的重要基础和核心要素。黏性非牛顿流体固体物质运动规律研究试验是了解与掌握自然灾害中黏性泥石流、火山灰、雪崩等黏性非牛顿流体堆积过程和破坏力递变规律的最有效、且最重要的手段之一。目前常规的黏性非牛顿流体中固体物质运动规律研究的试验装置往往是通过室内长水槽试验来实现的，且采用不透明的试验材料，仅能测量流体瞬时速度和短时间尺度运动后的固体物质个别断面分选情况，无法观测内部固体物质的垂向位移场和速度场，也无法进行实时、长时间尺度、可视化的监测。由于受室内水槽长度的限制，常规的黏性非牛顿流体水槽试验装置仅能模拟短时间固液两相流运动后固体物质的断面分布特征或瞬时速度，无法有效模拟固体物质在黏性非牛顿流体中长时间尺度运动过程中的垂向位移场和速度场；由于受到黏性非牛顿流体试验材料透明度的限制，无法进行可视化全断面的实时监测。因此，寻求一种可视化的黏性非牛顿流体长时间尺度运动过程中固体物质运动特征的试验装置，是工程技术人员努力追求的方向，也是对黏性泥石流、火山灰、雪崩等黏性非牛顿流体型自然灾害堆积规律和破坏力研究的必要条件。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的受室内水槽的长度和试验材料透明度限制，而无法观测内部固体物质的垂向位移场和速度场，也无法进行实时、可视化的监测的问题，提供一种可视化的、能够观测长时间尺度黏性非牛顿流体中不同形状、不同密度固体物质的运动特性，能够实时的监测黏性非牛顿流体中不同形状、不同质量的固体物质与流体间相互作用及长时间尺度运动规律的一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，包括具有流体入口和流体出口的模型槽，所述流体入口和流体出口均连接着装载有黏性非牛顿流体试验材料的水箱，所述模型槽采用透明材料制成，所述模型槽底部靠近流体入口的那一端设置有长支架，所述模型槽底部靠近流体出口的那一端设置有短支架，所述长支架上装配有能够调节长支架长度的升降阀，所述模型槽内的底部设置有传送带，所述模型槽内配置有若干透明玻璃颗粒，所述模型槽的宽侧面处设置有激光仪以及与激光仪配合使用的反光镜，所述模型槽的窄侧面处设置有能够定时、定频率拍照的自动数码相机。
进一步地，所述流体入口和流体出口均分别通过水泵与水箱连接。
进一步地，所述模型槽还设置有出水口。
进一步地，所述传送带具有两个传送带转轴以及传送带表层履带。
进一步地，所述流体入口、流体出口和出水口均设置有阀门。
进一步地，所述制成模型槽的透明材料为透明有机玻璃或者透明钢化玻璃。
进一步地，所述短支架的高度为20cm～30cm，所述长支架的高度为20cm～60cm。
进一步地，所述传送带的长度等于模型槽的内径长度，传送带的长度为100cm～150cm，所述传送带转轴的直径为10cm～20cm。
一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置的使用方法，包括以下步骤：
1)根据模型槽的形状和尺寸，预制若干透明玻璃颗粒，预制黏性非牛顿流体的试验材料，将透明玻璃颗粒放置于模型槽内，将黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱内。
2)将长支架和短支架的两端分别固定于模型槽底部和地面，利用升降阀调节长支架的高度从而确定模型槽底部与水平面之间的倾斜角度。
3)在模型槽宽侧面布置激光仪，调整反光镜与激光仪的相对位置，使得激光仪的照射面为模型槽尾侧的透明玻璃颗粒的断面；在模型槽的窄侧面布置自动数码相机，调整自动数码相机的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪的照射面。
4)设定自动数码相机的拍摄频率，打开激光仪和自动数码相机，将传送带接上电源并且启动传送带，调节传送带的转动速度。
5)打开流体入口的阀门，启动与流体入口相连的水泵，水箱内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口处进入模型槽内，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带的带动下往模型槽内尾侧移动，自动数码相机按照设定的频率持续进行拍照。
6)基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征。
7)试验结束后，关闭激光仪和自动数码相机，打开流体出口的阀门，启动相对应的水泵，将模型槽内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱内，然后清洗模型槽，开展下一组试验。
进一步地，所述步骤1)中黏性非牛顿流体的试验材料为浓度0.2％～2.0％的聚酯乙烯或者1:4～1:10比例用水勾兑的芦荟胶。
进一步地，所述步骤2)中模型槽底部与水平面之间的倾斜角度为0～35度。
进一步地，所述步骤4)中自动数码相机的拍摄频率为每分钟拍摄4张～每5分钟拍摄一张，拍摄的时间为5分钟～48小时，传送带的转动速度为0.5m/s～5m/s。
进一步地，所述自动数码相机与计算机存储器连接，可自动存储拍摄数据至计算机。
本发明中透明玻璃颗粒可以为密度为800kg/m3～5000kg/m3，直径范围为2mm～20mm的球形颗粒或者高度为10mm～40mm、底面直径为2mm～10mm的圆柱体颗粒或者为两者的混合体；模型槽侧面形状可为梯形，下部密封、上部开口，宽度为15cm～25cm、下底面长度为100cm～150cm、上底面长度为150cm～200cm，短侧高度为30cm～40cm、长侧高度为60cm～80cm、壁厚为1cm～2cm，高位侧壁接流体入口，低位侧壁接流体出口；所述传送带表层履带材料为光滑或粗糙的塑胶平面，传送带转轴的材料为不锈钢或铝，传送带转轴的动力装置为额定功率为3kW～8kW的电动机，可置于传送带表层履带两平面之间或传送带转轴内部，并通过电线接电压为220V的外部电源；所述长支架和短支架为铝或不锈钢材料的圆柱体或长方体，圆柱体直径为4cm～7cm，长方体长宽范围为4cm～7cm；所述流体入口和流体出口的材料为塑胶或铝，直径为4cm～6cm，流体入口和流体出口均由阀门控制，并在阀门处安装流速计，通过水泵连接水箱引水和排水，模型槽设计流体引水流速为0～0.1m3/s，排水流速为0～0.2m3/s；所述水箱的材料为钢化玻璃或不锈钢，可以为上部开口、下部密封的长方体，其蓄水体积为1m3～3m3，通过塑料管道和水泵与模型槽的流体入口、流体出口连接。
有益效果：本发明与现有技术相比，不但实现了对黏性非牛顿流体运动试验的可视化观测，而且能够对固体物质运动进行长时间、全断面的监测，解决了常规室内水槽试验装置受长度和试验材料透明度限制，无法长时间观测固体物质的垂向位移场和速度场的问题，对研究黏性泥石流、火山灰、雪崩等黏性非牛顿流体中固体物质的运动特征和沉积规律，及指导相关防灾减灾工程设计具有重要的参考价值。
附图说明
图1为本发明中试验装置的侧视图；
图2为本发明中试验装置的俯视图。
具体实施方式
实施例1：关于雪崩滑坡在不同山体坡度下雪块长时间尺度堆积规律试验研究
试验1：首先预制模型槽1，选用透明钢化玻璃作为材料，制成的模型槽1侧面形状为梯形，下部密封、上部开口，宽度为20cm,、下底面长度为130cm、上底面长度为180cm，短侧高度为30cm、壁厚为2cm，然后以模型槽1的形状和尺寸为依据，结合黏性泥石流等非牛顿流体中固体物质实际比例缩放，预制密度为890kg/m3，直径为6mm的球形颗粒作为透明玻璃颗粒4用作模拟固体物质材料，接着选用浓度为2.0％的聚酯乙烯预制黏性非牛顿流体的试验材料，将预制好的透明玻璃颗粒4放置于模型槽1内，将预制好的黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱16内，将长支架7和短支架8的两端分别固定于模型槽1底部和地面，利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度，将倾斜角度调节至0°，在模型槽1宽侧面布置激光仪9，调整反光镜10与激光仪9的相对位置以及激光仪9的照射角度和位置，使得激光仪9的照射面为模型槽1尾侧的透明玻璃颗粒4的断面；在模型槽1的窄侧面布置自动数码相机11，调整自动数码相机11的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪9的照射面，然后设定自动数码相机11的拍摄频率为每5分钟拍摄一张，拍摄时间设定为2小时，打开激光仪9和自动数码相机11，将传送带5接上电源并且启动传送带5，调节传送带5的转动速度至4m/s，然后打开流体入口2的阀门，启动与流体入口2相连的水泵15，水箱16内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口2处进入模型槽1内，模型槽1内水位应低于其顶部高度避免漫顶，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带5的带动下往模型槽1内尾侧移动，自动数码相机11按照设定的频率持续进行拍照，基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征，试验结束后，关闭激光仪9和自动数码相机11，打开流体出口3的阀门，启动相对应的水泵15，将模型槽1内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱16内，并清洗模型槽1。
试验2：首先预制模型槽1，选用透明钢化玻璃作为材料，制成的模型槽1侧面形状为梯形，下部密封、上部开口，宽度为20cm,、下底面长度为130cm、上底面长度为180cm，短侧高度为30cm、壁厚为2cm，然后以模型槽1的形状和尺寸为依据，结合黏性泥石流等非牛顿流体中固体物质实际比例缩放，预制密度为890kg/m3，直径为6mm的球形颗粒作为透明玻璃颗粒4用作模拟固体物质材料，接着选用浓度为2.0％的聚酯乙烯预制黏性非牛顿流体的试验材料，将预制好的透明玻璃颗粒4放置于模型槽1内，将预制好的黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱16内，将长支架7和短支架8的两端分别固定于模型槽1底部和地面，利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度，将倾斜角度调节至35°，在模型槽1宽侧面布置激光仪9，调整反光镜10与激光仪9的相对位置以及激光仪9的照射角度和位置，使得激光仪9的照射面为模型槽1尾侧的透明玻璃颗粒4的断面；在模型槽1的窄侧面布置自动数码相机11，调整自动数码相机11的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪9的照射面，然后设定自动数码相机11的拍摄频率为每5分钟拍摄一张，拍摄时间设定为2小时，打开激光仪9和自动数码相机11，将传送带5接上电源并且启动传送带5，调节传送带5的转动速度至4m/s，然后打开流体入口2的阀门，启动与流体入口2相连的水泵15，水箱16内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口2处进入模型槽1内，模型槽1内水位应低于其顶部高度避免漫顶，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带5的带动下往模型槽1内尾侧移动，自动数码相机11按照设定的频率持续进行拍照，基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征，试验结束后，关闭激光仪9和自动数码相机11，打开流体出口3的阀门，启动相对应的水泵15，将模型槽1内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱16内，并清洗模型槽1。
试验3～试验8：其余条件同上，将利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度调节至5°、10°、15°、20°、25°和30°进行试验。
实施例2：关于黏性泥石流在不同山体坡度下断树枝运动特征试验模拟
试验1：首先预制模型槽1，选用透明钢化玻璃作为材料，制成的模型槽1侧面形状为梯形，下部密封、上部开口，宽度为20cm,、下底面长度为130cm、上底面长度为180cm，短侧高度为30cm、壁厚为2cm，然后以模型槽1的形状和尺寸为依据，结合黏性泥石流等非牛顿流体中固体物质实际比例缩放，预制密度为1200kg/m3，高度40mm、底面直径2mm的圆柱体颗粒作为透明玻璃颗粒4用作模拟固体物质材料，接着选用浓度为1.0％的聚酯乙烯预制黏性非牛顿流体的试验材料，将预制好的透明玻璃颗粒4放置于模型槽1内，将预制好的黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱16内，将长支架7和短支架8的两端分别固定于模型槽1底部和地面，利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度，将倾斜角度调节至0°，在模型槽1宽侧面布置激光仪9，调整反光镜10与激光仪9的相对位置以及激光仪9的照射角度和位置，使得激光仪9的照射面为模型槽1尾侧的透明玻璃颗粒4的断面；在模型槽1的窄侧面布置自动数码相机11，调整自动数码相机11的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪9的照射面，然后设定自动数码相机11的拍摄频率为每5分钟拍摄一张，拍摄时间设定为2小时，打开激光仪9和自动数码相机11，将传送带5接上电源并且启动传送带5，调节传送带5的转动速度至4m/s，然后打开流体入口2的阀门，启动与流体入口2相连的水泵15，水箱16内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口2处进入模型槽1内，模型槽1内水位应低于其顶部高度避免漫顶，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带5的带动下往模型槽1内尾侧移动，自动数码相机11按照设定的频率持续进行拍照，基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征，试验结束后，关闭激光仪9和自动数码相机11，打开流体出口3的阀门，启动相对应的水泵15，将模型槽1内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱16内，并清洗模型槽1。
试验2～试验8：将利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度分别调节至5°、10°、15°、20°、25°、30°和35°进行试验，其余条件如同试验1。
实施例3：关于黏性泥石流中固体颗粒长时间尺度运动特征试验研究
试验1：首先预制模型槽1，选用透明钢化玻璃作为材料，制成的模型槽1侧面形状为梯形，下部密封、上部开口，宽度为20cm,、下底面长度为130cm、上底面长度为180cm，短侧高度为30cm、壁厚为2cm，然后以模型槽1的形状和尺寸为依据，结合黏性泥石流等非牛顿流体中固体物质实际比例缩放，预制密度为1200kg/m3，高度40mm、底面直径2mm的圆柱体颗粒作为透明玻璃颗粒4用作模拟固体物质材料，接着选用浓度为1.0％的聚酯乙烯预制黏性非牛顿流体的试验材料，将预制好的透明玻璃颗粒4放置于模型槽1内，将预制好的黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱16内，将长支架7和短支架8的两端分别固定于模型槽1底部和地面，利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度，将倾斜角度调节至4°，在模型槽1宽侧面布置激光仪9，调整反光镜10与激光仪9的相对位置以及激光仪9的照射角度和位置，使得激光仪9的照射面为模型槽1尾侧的透明玻璃颗粒4的断面；在模型槽1的窄侧面布置自动数码相机11，调整自动数码相机11的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪9的照射面，然后设定自动数码相机11的拍摄频率为每分钟拍摄4张，拍摄时间设定为48小时，打开激光仪9和自动数码相机11，将传送带5接上电源并且启动传送带5，调节传送带5的转动速度至4m/s，然后打开流体入口2的阀门，启动与流体入口2相连的水泵15，水箱16内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口2处进入模型槽1内，模型槽1内水位应低于其顶部高度避免漫顶，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带5的带动下往模型槽1内尾侧移动，自动数码相机11按照设定的频率持续进行拍照，基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征，试验结束后，关闭激光仪9和自动数码相机11，打开流体出口3的阀门，启动相对应的水泵15，将模型槽1内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱16内，并清洗模型槽1。
实施例4：关于火山灰流中固体碎屑运动规律试验研究
试验1：首先预制模型槽1，选用透明钢化玻璃作为材料，制成的模型槽1侧面形状为梯形，下部密封、上部开口，宽度为20cm,、下底面长度为100cm、上底面长度为160cm，短侧高度为30cm、壁厚为2cm，然后以模型槽1的形状和尺寸为依据，结合黏性泥石流等非牛顿流体中固体物质实际比例缩放，预制密度为2000kg/m3，直径10mm的球形颗粒作为透明玻璃颗粒4用作模拟固体物质材料，接着选用浓度为1.5％的聚酯乙烯预制黏性非牛顿流体的试验材料，将预制好的透明玻璃颗粒4放置于模型槽1内，将预制好的黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱16内，将长支架7和短支架8的两端分别固定于模型槽1底部和地面，利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度，将倾斜角度调节至0°，在模型槽1宽侧面布置激光仪9，调整反光镜10与激光仪9的相对位置以及激光仪9的照射角度和位置，使得激光仪9的照射面为模型槽1尾侧的透明玻璃颗粒4的断面；在模型槽1的窄侧面布置自动数码相机11，调整自动数码相机11的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪9的照射面，然后设定自动数码相机11的拍摄频率为每分钟拍摄4张，拍摄时间设定为48小时，打开激光仪9和自动数码相机11，将传送带5接上电源并且启动传送带5，调节传送带5的转动速度至4m/s，然后打开流体入口2的阀门，启动与流体入口2相连的水泵15，水箱16内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口2处进入模型槽1内，模型槽1内水位应低于其顶部高度避免漫顶，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带5的带动下往模型槽1内尾侧移动，自动数码相机11按照设定的频率持续进行拍照，基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征，试验结束后，关闭激光仪9和自动数码相机11，打开流体出口3的阀门，启动相对应的水泵15，将模型槽1内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱16内，并清洗模型槽1。
试验2～试验8：利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度分别调节至5°、10°、15°、20°、25°、30°和35°进行试验，其余条件如同试验1。
实施例5：关于流体速度对黏性泥石流中固体碎屑的影响试验研究
试验1：首先预制模型槽1，选用透明钢化玻璃作为材料，制成的模型槽1侧面形状为梯形，下部密封、上部开口，宽度为10cm,、下底面长度为130cm、上底面长度为180cm，短侧高度为20cm、壁厚为1.5cm，然后以模型槽1的形状和尺寸为依据，结合黏性泥石流等非牛顿流体中固体物质实际比例缩放，预制密度为3000kg/m3，直径5mm的球形颗粒作为透明玻璃颗粒4用作模拟固体物质材料，接着选用浓度为1.0％的聚酯乙烯预制黏性非牛顿流体的试验材料，将预制好的透明玻璃颗粒4放置于模型槽1内，将预制好的黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱16内，将长支架7和短支架8的两端分别固定于模型槽1底部和地面，利用升降阀12调节长支架7的高度从而确定模型槽1底部与水平面之间的倾斜角度，将倾斜角度调节至7°，在模型槽1宽侧面布置激光仪9，调整反光镜10与激光仪9的相对位置以及激光仪9的照射角度和位置，使得激光仪9的照射面为模型槽1尾侧的透明玻璃颗粒4的断面；在模型槽1的窄侧面布置自动数码相机11，调整自动数码相机11的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪9的照射面，然后设定自动数码相机11的拍摄频率为每分钟拍摄4张，拍摄时间设定为48小时，打开激光仪9和自动数码相机11，将传送带5接上电源并且启动传送带5，调节传送带5的转动速度至0.5m/s，然后打开流体入口2的阀门，启动与流体入口2相连的水泵15，水箱16内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口2处进入模型槽1内，模型槽1内水位应低于其顶部高度避免漫顶，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带5的带动下往模型槽1内尾侧移动，自动数码相机11按照设定的频率持续进行拍照，基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征，试验结束后，关闭激光仪9和自动数码相机11，打开流体出口3的阀门，启动相对应的水泵15，将模型槽1内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱16内，并清洗模型槽1。
试验2～试验10：将传送带的速度分别调节至1.0m/s、1.5m/s、2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s、3.5m/s、4.0m/s、4.5m/s和5.0m/s进行试验，其余条件如同试验1。

Claims (10)

1.一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，包括具有流体入口(2)和流体出口(3)的模型槽(1)，所述流体入口(2)和流体出口(3)均连接着装载有黏性非牛顿流体试验材料的水箱(16)，其特征在于：所述模型槽(1)采用透明材料制成，所述模型槽(1)底部靠近流体入口(2)的那一端设置有长支架(7)，所述模型槽(1)底部靠近流体出口(3)的那一端设置有短支架(8)，所述长支架(7)上装配有能够调节长支架(7)长度的升降阀(12)，所述模型槽(1)内的底部设置有传送带(5)，所述模型槽(1)内配置有若干透明玻璃颗粒(4)，所述模型槽(1)的宽侧面处设置有激光仪(9)以及与激光仪(9)配合使用的反光镜(10)，所述模型槽(1)的窄侧面处设置有能够定时、定频率拍照的自动数码相机(11)。
2.根据权利要求1所述的一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，其特征在于：所述流体入口(2)和流体出口(3)均分别通过水泵(15)与水箱(16)连接，所述模型槽(1)还设置有出水口(13)，所述传送带(5)具有两个传送带转轴(6)以及传送带表层履带(14)。
3.根据权利要求2所述的一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，其特征在于：所述流体入口(2)、流体出口(3)和出水口(13)均设置有阀门。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，其特征在于：所述制成模型槽(1)的透明材料为透明有机玻璃或者透明钢化玻璃。
5.根据权利要求4中所述的一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，其特征在于：所述短支架(8)的高度为20cm～30cm，所述长支架(7)的高度为20cm～60cm。
6.根据权利要求2中所述的一种黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置，其特征在于：所述传送带(5)的长度等于模型槽(1)的内径长度，传送带(5)的长度为100cm～150cm，所述传送带转轴(6)的直径为10cm～20cm。
7.一种根据权利要求1所述的黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据模型槽(1)的形状和尺寸，预制若干透明玻璃颗粒(4)，预制黏性非牛顿流体的试验材料，将透明玻璃颗粒(4)放置于模型槽(1)内，将黏性非牛顿流体的试验材料放置于水箱(16)内。
2)将长支架(7)和短支架(8)的两端分别固定于模型槽(1)底部和地面，利用升降阀(12)调节长支架(7)的高度从而确定模型槽(1)底部与水平面之间的倾斜角度。
3)在模型槽(1)宽侧面布置激光仪(9)，调整反光镜(10)与激光仪(9)的相对位置，使得激光仪(9)的照射面为模型槽(1)尾侧的透明玻璃颗粒(4)的断面；在模型槽(1)的窄侧面布置自动数码相机(11)，调整自动数码相机(11)的支架高度和角度，使其镜头垂直于激光仪(9)的照射面。
4)设定自动数码相机(11)的拍摄频率，打开激光仪(9)和自动数码相机(11)，将传送带(5)接上电源并且启动传送带(5)，调节传送带(5)的转动速度。
5)打开流体入口(2)的阀门，启动与流体入口(2)相连的水泵(15)，水箱(16)内的黏性非牛顿流体的试验材料从流体入口(2)处进入模型槽(1)内，黏性非牛顿流体的试验材料在传送带(5)的带动下往模型槽(1)内尾侧移动，自动数码相机(11)按照设定的频率持续进行拍照。
6)基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理技术分析，获得黏性非牛顿流体中固体物质长时间尺度运动特征，及其在垂直断面空间的分布特征。
7)试验结束后，关闭激光仪(9)和自动数码相机(11)，打开流体出口(3)的阀门，启动相对应的水泵(15)，将模型槽(1)内的黏性非牛顿流体的试验材料排出至水箱(16)内，然后清洗模型槽(1)，开展下一组试验。
8.根据权利要求7所述的黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤1)中黏性非牛顿流体的试验材料为浓度0.2％～2.0％的聚酯乙烯或者1:4～1:10比例用水勾兑的芦荟胶。
9.根据权利要求7所述的黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中模型槽(1)底部与水平面之间的倾斜角度为0～35度，所述步骤4)中自动数码相机(11)的拍摄频率为每分钟拍摄4张～每5分钟拍摄一张，拍摄的时间为5分钟～48小时，传送带(5)的转动速度为0.5m/s～5m/s。
10.根据权利要求7所述的黏性非牛顿流体中固体物质运动试验装置的使用方法，其特征在于：所述自动数码相机(11)与计算机存储器连接，可自动存储拍摄数据至计算机。
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