[發(fā)明專利]一種模擬湖泊噴發(fā)的實驗裝置

有效

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• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109029915B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)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
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種模擬湖泊噴發(fā)的實驗裝置，包括可視容器系統(tǒng)I，壓力容器系統(tǒng)II，兩個二氧化碳氣瓶和攝像系統(tǒng)IV，可視容器系統(tǒng)I包括可視容器、其側(cè)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(tǒng)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(fā)明可直觀觀測，可操作性強。

技術領域

本發(fā)明涉及一種模擬湖泊噴發(fā)的實驗裝置。

背景技術

湖泊噴發(fā)是一種尚待深入研究的大體積靜止水域瞬間劇烈噴發(fā)的流體力學現(xiàn)象，最典型的湖泊噴發(fā)實例是1986年8月21日凌晨發(fā)生在非洲喀麥隆尼奧斯湖的災難性噴發(fā)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(qū)壓力大，二氧化碳被高壓溶解在其中。在外界產(chǎn)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(nèi)從水中析出，形成噴發(fā)。要避免類似災難發(fā)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(jù)文獻了解，目前對于湖泊噴發(fā)事件的研究主要集中于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和理論分析方面。在實驗模擬部分，現(xiàn)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(chǎn)生氣泡后，氣泡之間相互擠壓，氣泡發(fā)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的提供一種模擬湖泊噴發(fā)的實驗裝置，用于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(fā)明的技術方案如下：

一種模擬湖泊噴發(fā)的實驗裝置，包括可視容器系統(tǒng)I，壓力容器系統(tǒng)II，兩個二氧化碳氣瓶和攝像系統(tǒng)IV，攝像系統(tǒng)IV包括至少一組光源和攝像儀，可視容器系統(tǒng)I包括可視容器、其側(cè)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(tǒng)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(cè)排氣閥和壓力容器側(cè)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。

優(yōu)選地，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。

可視窗口包括布置在可視容器一側(cè)及對側(cè)的兩個可視窗口，每一組光源和攝像儀，光線由光源發(fā)出，通過一側(cè)可視窗口和對側(cè)的可視窗口，到達攝像儀。

可視容器設置有溫度傳感器和下部壓力傳感器，通過溫度傳感器測量溫度，通過下部壓力傳感器測量可視容器的底部的壓力。

可視容器內(nèi)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。

本發(fā)明的有效性及特點在于：提供了一種能夠有效模擬湖水中二氧化碳飽和溶液形成及泄氣過程的實驗裝置，模擬不同壓力情況，可直觀觀測，采集數(shù)據(jù)全面，管道優(yōu)化完善，可操作性強。具體為：