[发明专利]一种模拟高压冰层的实验系统

说明书

本发明提供了一种模拟高压冰层的实验系统，包括承压筒、冷凝管、机架、制冷机、控制台、传感器，所述的承压筒内填充有介质，并设置有传感器，所述的承压筒外侧套设有冷凝管，所述的冷凝管外侧设置有机架，所述的冷凝管与所述的制冷机连接，所述的制冷机能够通过所述冷凝管将所述介质由液态凝固为固态，所述的控制台与所述的制冷机连接，所述的控制台与所述传感器连接。该系统可准确实现冰层压力和温度的控制，能准确模拟极地深层的高压冰层环境。

技术领域

本发明涉及一种实验系统，尤其涉及一种模拟高压冰层的实验系统及实验方法。

背景技术

极地钻探是极地科考的重要方法之一，而钻取更深层的极地冰芯也是深入开展极地科考的重要手段。在极地环境中，深层冰层受到的上覆压力明显高于浅层冰层。这导致冰芯钻机在浅层冰层和深层冰层的工作状态会有些许不同，尤其是当冰层压力较大时。因此，急需设计一种合理的高压冰层实验系统，模拟不同压力、不同温度的冰层，并能够进行冰芯钻探实验，有利于科学指导真实极地环境的科考工作，对深入开展极地研究具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种模拟高压冰层的实验系统及实验方法，能够控制冰层压力和温度，以模拟极地环境中高压冰层。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟高压冰层的实验系统，包括承压筒、冷凝管、机架、制冷机、控制台、传感器，所述的承压筒内填充有介质，并设置有传感器，所述的承压筒外侧套设有冷凝管，所述的冷凝管外侧设置有机架，所述的冷凝管与所述的制冷机连接，所述的制冷机能够通过所述冷凝管将所述介质由液态凝固为固态，所述的控制台与所述的制冷机连接，所述的控制台与所述传感器连接。

进一步的，所述的模拟高压冰层的实验系统还包括保温层，所述的保温层设置在所述冷凝管与所述机架之间。保温层的设置能够减少冷凝管热量散失。

进一步的，所述传感器包括温度传感器、压力传感器和位移传感器。

进一步的，所述的控制台与所述的制冷机通过RS485或RS232串口连接，所述的控制台与所述传感器通过RS485或RS232串口连接。通过控制台对冰层的温度和压力进行控制。

进一步的，所述的冷凝管螺旋状环绕设置在所述承压筒外侧。

进一步的，所述制冷机的功率应不小于10KW。

进一步的，所述承压筒的高度大于10m。

具体的，一种模拟高压冰层的实验方法，采用所述的模拟高压冰层的实验系统，包括以下步骤：

S1：组装实验系统，在控制台输入承压筒内半径b与外半径c的数值；

S2：向承压筒内注水；

S3：控制台控制开启制冷机；

S4：温度传感器对承压筒的筒壁温度T进行实时采集，压力传感器对承压筒的筒壁压力P进行实时采集，位移传感器对承压筒内半径伸长量δ进行实时采集，将采集的温度T、压力P、内半径伸长量δ数值传输给控制台；

S5：控制台内将当前温度T下采集的压力值P、内半径伸长量δ数值进行判断，是否满足预设值，如果否，更换不同内半径b和/或外半径c的承压筒，返回S1；如果是，控制台控制冰层温度T、压力P保持恒定。

为便于实施冰层钻探，所述承压筒的内半径b的值为200mm，或100mm，或300mm，外半径c的值根据拟实现冰层压力的值进行计算和设计。