[發明專利]一種模擬二氧化碳飽和溶液形成及泄氣過程的方法

有效

• 申請號: 201811097353.2
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109163880B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 呂心力;崔志偉;朱家玲;張偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N21/84;G01N33/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種模擬二氧化碳飽和溶液形成及泄氣過程的方法，所采用的實驗裝置包括可視容器，壓力容器，兩個二氧化碳氣瓶和攝像系統，可視容器側面設置有可視窗口，光源和攝像儀設置在可視窗口處，設置有上部壓力傳感器以及進水閥和進水口，通過第一二氧化碳氣瓶進氣閥控制二氧化碳氣體從第一二氧化碳氣瓶注入可視容器的底部；壓力容器系統II包括壓力容器，用于測量壓力容器壓力的第三壓力傳感器；可視容器的頂部通過排氣管道與壓力容器相連，在排氣管道上設置有排氣口，其兩邊各設置一個排氣閥；排氣口和兩個排氣閥所在的排氣管道設置有旁路；第二二氧化碳氣瓶通過進氣閥與壓力容器相連通。本發明可直觀觀測，可操作性強。

技術領域

本發明涉及一種模擬湖泊噴發的實驗裝置。

背景技術

湖泊噴發是一種尚待深入研究的大體積靜止水域瞬間劇烈噴發的流體力學現象，最典型的湖泊噴發實例是1986年8月21日凌晨發生在非洲喀麥隆尼奧斯湖的災難性噴發事件，此事件導致超過1700人喪生。地下深處的二氧化碳通過地殼中的巖石裂縫逃逸至湖水中，由于湖中深水區壓力大，二氧化碳被高壓溶解在其中。在外界產生擾動或二氧化碳溶液上升的情況下，大量的二氧化碳會在短時間內從水中析出，形成噴發。要避免類似災難發生，就需要對二氧化碳溶解于水中的過程以及二氧化碳從溶液中析出的過程進行研究。

根據文獻了解，目前對于湖泊噴發事件的研究主要集中于現場數據采集和理論分析方面。在實驗模擬部分，現有的實驗裝置使用透明玻璃管作為容器，玻璃管上方連接低壓倉，玻璃管及低壓倉之間使用金屬膜間隔。這種實驗裝置的問題在于玻璃管的直徑較小，產生氣泡后，氣泡之間相互擠壓，氣泡發展受壁面影響嚴重，無法準確有效地模擬湖水中二氧化碳溶液的泄氣過程，且泄氣過程無法控制，玻璃管及低壓倉在金屬膜破裂瞬間連通，與自然情況不符。

發明內容

本發明目的提供一種用以模擬湖泊噴發的方法，模擬二氧化碳氣體在不同壓力下溶解于水中的過程，及二氧化碳溶液在不同壓力下的泄氣過程。本發明的技術方案如下：

一種模擬二氧化碳飽和溶液形成及泄氣過程的方法，所采用的實驗裝置，包括可視容器系統I，壓力容器系統II，兩個二氧化碳氣瓶和攝像系統IV，攝像系統IV包括至少一組光源和攝像儀，可視容器系統I包括可視容器、其側面設置有可視窗口，光源和攝像儀設置在可視窗口處，用以觀測泄氣過程、獲取泄氣影像，其特征在于，

可視容器設置有上部壓力傳感器以及進水閥和進水口，通過第一二氧化碳氣瓶進氣閥控制二氧化碳氣體從第一二氧化碳氣瓶注入可視容器的底部，二氧化碳氣體溶解在水中；通過上部壓力傳感器測量可視容器頂部的壓力；

壓力容器系統II包括壓力容器，用于測量壓力容器壓力的第三壓力傳感器；可視容器的頂部通過排氣管道與壓力容器相連，在排氣管道上設置有排氣口，在排氣口的兩邊各設置一個可視容器側排氣閥和壓力容器側排氣閥；排氣口和兩個排氣閥所在的排氣管道設置有旁路，在旁路上設置有連通閥；

第二二氧化碳氣瓶通過進氣閥與壓力容器相連通，壓力容器通過所述連通閥及其所在的旁路與可視容器相連；

在可視容器上部設置有遮液板，用以防止排氣夾帶液體涌入排氣管道。

可視容器的底部設置氣體散布器，二氧化碳氣體通過氣體散布器溶解在水中。

可視容器內設置有pH傳感器，通過pH傳感器測量二氧化碳通入后的溶液的pH值；

模擬二氧化碳飽和溶液形成及泄氣過程的步驟包括：

1)實驗開始，關閉所有閥門；

2)打開進水閥，水通過進水口進入可視容器，達到指定水位線后關閉進水閥；