[发明专利]一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法

说明书

本发明涉及一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法，所采用的实验装置包括可视容器，压力容器，两个二氧化碳气瓶和摄像系统，可视容器侧面设置有可视窗口，光源和摄像仪设置在可视窗口处，设置有上部压力传感器以及进水阀和进水口，通过第一二氧化碳气瓶进气阀控制二氧化碳气体从第一二氧化碳气瓶注入可视容器的底部；压力容器系统II包括压力容器，用于测量压力容器压力的第三压力传感器；可视容器的顶部通过排气管道与压力容器相连，在排气管道上设置有排气口，其两边各设置一个排气阀；排气口和两个排气阀所在的排气管道设置有旁路；第二二氧化碳气瓶通过进气阀与压力容器相连通。本发明可直观观测，可操作性强。

技术领域

本发明涉及一种模拟湖泊喷发的实验装置。

背景技术

湖泊喷发是一种尚待深入研究的大体积静止水域瞬间剧烈喷发的流体力学现象，最典型的湖泊喷发实例是1986年8月21日凌晨发生在非洲喀麦隆尼奥斯湖的灾难性喷发事件，此事件导致超过1700人丧生。地下深处的二氧化碳通过地壳中的岩石裂缝逃逸至湖水中，由于湖中深水区压力大，二氧化碳被高压溶解在其中。在外界产生扰动或二氧化碳溶液上升的情况下，大量的二氧化碳会在短时间内从水中析出，形成喷发。要避免类似灾难发生，就需要对二氧化碳溶解于水中的过程以及二氧化碳从溶液中析出的过程进行研究。

根据文献了解，目前对于湖泊喷发事件的研究主要集中于现场数据采集和理论分析方面。在实验模拟部分，现有的实验装置使用透明玻璃管作为容器，玻璃管上方连接低压仓，玻璃管及低压仓之间使用金属膜间隔。这种实验装置的问题在于玻璃管的直径较小，产生气泡后，气泡之间相互挤压，气泡发展受壁面影响严重，无法准确有效地模拟湖水中二氧化碳溶液的泄气过程，且泄气过程无法控制，玻璃管及低压仓在金属膜破裂瞬间连通，与自然情况不符。

发明内容

本发明目的提供一种用以模拟湖泊喷发的方法，模拟二氧化碳气体在不同压力下溶解于水中的过程，及二氧化碳溶液在不同压力下的泄气过程。本发明的技术方案如下：

一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法，所采用的实验装置，包括可视容器系统I，压力容器系统II，两个二氧化碳气瓶和摄像系统IV，摄像系统IV包括至少一组光源和摄像仪，可视容器系统I包括可视容器、其侧面设置有可视窗口，光源和摄像仪设置在可视窗口处，用以观测泄气过程、获取泄气影像，其特征在于，

可视容器设置有上部压力传感器以及进水阀和进水口，通过第一二氧化碳气瓶进气阀控制二氧化碳气体从第一二氧化碳气瓶注入可视容器的底部，二氧化碳气体溶解在水中；通过上部压力传感器测量可视容器顶部的压力；

压力容器系统II包括压力容器，用于测量压力容器压力的第三压力传感器；可视容器的顶部通过排气管道与压力容器相连，在排气管道上设置有排气口，在排气口的两边各设置一个可视容器侧排气阀和压力容器侧排气阀；排气口和两个排气阀所在的排气管道设置有旁路，在旁路上设置有连通阀；

第二二氧化碳气瓶通过进气阀与压力容器相连通，压力容器通过所述连通阀及其所在的旁路与可视容器相连；

在可视容器上部设置有遮液板，用以防止排气夹带液体涌入排气管道。

可视容器的底部设置气体散布器，二氧化碳气体通过气体散布器溶解在水中。

可视容器内设置有pH传感器，通过pH传感器测量二氧化碳通入后的溶液的pH值；

模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的步骤包括：

1)实验开始，关闭所有阀门；

2)打开进水阀，水通过进水口进入可视容器，达到指定水位线后关闭进水阀；