[实用新型]自然水域冰层形成过程的模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型属于冰工程研究领域，具体涉及一种自然水域冰层形成过程的模拟装置。

背景技术

江、河、湖等自然水域冰层形成特点为：从上而下逐渐冻结，冻结过程缓慢，受水流因素影响较大，在水流慢的地方和水流较快的地方形成的冰结构存在明显的不同，流速较慢（＜0.3m/s）时，易形成针状结晶，随着气温的下降，冰晶冻结成薄冰层，进而从上至下冻结深度逐渐增加；流速较快（≥0.3m/s）时，在水流作用下，水内生成的冰晶易相互冻结成片状、球状体，然后粘结成冰花，再扩大冻结成冰层，而后逐渐向下冻结。

由于自然水域冰层的形成环境及其形成过程十分复杂，目前在针对自然水域冰层的研究中，原型冰的现场观测试验虽然能够最直观的得到第一手资料，但是由于它耗资巨大，复杂的现场环境和气候条件对实验的进行也具有较大的干扰，所以难以实现。而室内试验中，将盛水容器直接放入冰箱或控温环境箱等装置中，冻结过程为水分别从上表面、与容器接触的四壁和底面开始逐渐冻结，即冻结先从四周向中间冻结，而天然冰为从一侧开始逐渐向另一侧冻结，冻结顺序与天然冰存在很大区别；并且，水由液态变为固态，存在热胀冷缩及热缩冷胀现象，按照水形成冰的顺序，后形成的冰会对较早形成的冰晶结构造成影响，可见目前人工冻结冰的冻结环境及冻结过程与天然冰相差较大，不能模拟天然冰的形成特点，不能满足工程所需的室内试验需要，而采用半固结可破碎的材料替代原型冰更不能准确的得到工程所需的试验参数。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决目前在针对自然水域冰层的研究中存在的上述问题，提供了一种自然水域冰层形成过程的模拟装置，其技术方案如下：

一种自然水域冰层形成过程的模拟装置，它包含一个蓄水箱，在蓄水箱的相对两侧分别设置进水口和出水口并通过循环管连通，循环管向下倾斜设置，有利于蓄水时排气；在循环管上设置有循环泵及流量控制阀，使蓄水箱内的水可以流动，模拟自然水域水流，并可以控制水流速度；在蓄水箱内靠近进水口的一侧设置两块隔板，在每块隔板上均设置有多个流水孔，两块隔板上的流水孔交错设置，使蓄水箱内的水流分散；在蓄水箱上侧位于出水口与临近隔板之间的位置设置有一个制冷箱，制冷箱的底面采用铜、铝等热的良导体材质，制冷箱的侧壁为保温壁，可以在制冷箱内加入干冰、液氮等对蓄水箱内降温使蓄水箱内的水由上至下结冰，模拟自然水域冰层形成的过程；在制冷箱上设置有保温盖；在制冷箱低面上设置有气孔，有利于蓄水时排气，在气孔上设置有密封盖，蓄水后盖上密封盖进行密封；在蓄水箱上侧位于制冷箱以外的部分设置有盖板。

本实用新型的有益效果为：结构简单，易于操作，能够模拟不同流速下天然冰的形成过程，解决了天然冰形成过程的室内模拟问题，为冰工程研究提供试验材料和数据支持，对于冰工程研究具有重要意义。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的后侧示意图；

图3是图1的左视图；

图4是本实用新型的内部示意图。

具体实施方式：

参照图1、图2、图3和图4，一种自然水域冰层形成过程的模拟装置，它包含一个蓄水箱1，在蓄水箱1的相对两侧分别设置进水口和出水口并通过循环管2连通，循环管2向下倾斜设置，有利于蓄水时排气；在循环管2上设置有循环泵2-1及流量控制阀2-2，使蓄水箱1内的水可以流动，模拟自然水域水流，并可以控制水流速度；在蓄水箱1内靠近进水口的一侧设置两块隔板1-1，在每块隔板1-1上均设置有多个流水孔1-1-1，两块隔板1-1上的流水孔1-1-1交错设置，使蓄水箱1内的水流分散；在蓄水箱1上侧位于出水口与临近隔板1-1之间的位置设置有一个制冷箱3，制冷箱3的底面采用铜、铝等热的良导体材质，制冷箱3的侧壁为保温壁，可以在制冷箱3内加入干冰、液氮等对蓄水箱1内降温使蓄水箱1内的水由上至下结冰，模拟自然水域冰层形成的过程；在制冷箱3上设置有保温盖3-1；在制冷箱3低面上设置有气孔3-2，有利于蓄水时排气，在气孔3-2上设置有密封盖3-3，蓄水后盖上密封盖3-3进行密封；在蓄水箱1上侧位于制冷箱3以外的部分设置有盖板4。

优选的是，在蓄水箱1上沿竖直方向排列多个温度传感器5。

优选的是，制冷箱3采用透明材质。

优选的是，盖板4与制冷箱3固定连接为一体结构。