[發(fā)明專利]一種低溫深海模擬裝置及模擬方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111522777.0
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN116263328A
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊少柒;謝秀娟;潘薇;龔領(lǐng)會;薛瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01M10/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發(fā)明提供了一種低溫深海模擬裝置及模擬方法，該低溫深海模擬裝置包括：第一耐壓筒，其外周設(shè)有冷卻通道；或，第一耐壓筒側(cè)壁內(nèi)設(shè)有冷卻通道；多個導(dǎo)熱翅片，其安裝于第一耐壓筒內(nèi)壁上；第一制冷機，其一端通過第一管道與冷卻通道一端連通、另一端通過第二管道與冷卻通道另一端連通；增壓水箱，其通過第三管道與第一耐壓筒連通，第三管道上設(shè)有增壓泵。本發(fā)明通過在第一耐壓筒內(nèi)壁安裝導(dǎo)熱翅片，在第一耐壓筒內(nèi)水壓增至預(yù)定壓力后，確保壓縮熱能快速通過導(dǎo)熱翅片傳導(dǎo)至第一耐壓筒，并通過循環(huán)冷卻介質(zhì)帶到外部冷源，維持第一耐壓筒內(nèi)溫度為指定溫度，相比傳統(tǒng)技術(shù)中僅通過冷卻介質(zhì)降溫，本發(fā)明的低溫深海模擬裝置降溫速率更高，試驗效率更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫深海模擬裝置及模擬方法。

背景技術(shù)

海斗深淵具有超高壓(最深處約110MPa)、低溫(2℃-4℃)等特點。目前我國傳統(tǒng)的深海壓力測試裝置已能夠滿足模擬深淵110MPa的環(huán)境壓力需求，但基本不具備溫度控制功能，無法直接實現(xiàn)類深淵低溫環(huán)境，這大大限制了深海壓力測試裝置應(yīng)用范疇和深淵科學(xué)研究工作。深海水溫一般為2-4℃，遠低于陸地常溫。對于深海模擬裝置，深海壓力可以通過增壓裝置和耐壓筒實現(xiàn)陸地模擬。但對于深海壓力的溫度模擬較為困難，根本原因是在模擬裝置中增壓到10MPa-200MPa后壓力桶內(nèi)水幾乎不流動，換熱主要依靠水的導(dǎo)熱實現(xiàn)，而水的導(dǎo)熱系數(shù)小，單位厚度導(dǎo)熱熱阻大；模擬裝置增壓時引起水內(nèi)能增加，溫度上升，為了實現(xiàn)增壓后溫度控制在2-4℃，需將熱量盡快帶走。按照傳熱規(guī)律，為了減少降溫時間，提升模擬實驗效率，可通過增大換熱溫差和減小換熱路徑實現(xiàn)。

對于微小型的深海高壓模擬裝置，現(xiàn)有技術(shù)一般都是通過在筒體外壁設(shè)置一個冷卻夾套，再往冷卻夾套注入冷卻介質(zhì)；由于尺寸小，導(dǎo)熱路徑短，冷卻介質(zhì)通過筒壁熱傳導(dǎo)將筒內(nèi)環(huán)境熱量帶走達到冷卻的效果。而大容積深海高壓模擬裝置作為該領(lǐng)域未來主要發(fā)展趨勢。由于尺寸大，水的導(dǎo)熱系數(shù)遠低于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，增壓后高壓靜止水的熱阻是主要導(dǎo)熱熱阻。為達到深海高壓低溫模擬目的，目前只通過采用在增壓筒壁中間或外層水套或盤管通冷卻介質(zhì)的措施較難實現(xiàn)；且冷卻介質(zhì)溫度不能過低，需要考慮筒壁耐壓鋼的低溫性能和高壓水壁面結(jié)冰的危害。因此，采用傳統(tǒng)的技術(shù)路線，已經(jīng)無法實現(xiàn)深海高壓模擬裝置筒內(nèi)低溫快速、有效控制。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種低溫深海模擬裝置及模擬方法，解決或至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種低溫深海模擬裝置，包括：

第一耐壓筒，其外周設(shè)有冷卻通道；或，所述第一耐壓筒側(cè)壁中空，所述第一耐壓筒側(cè)壁內(nèi)設(shè)有冷卻通道；

多個導(dǎo)熱翅片，其安裝于所述第一耐壓筒內(nèi)壁上；

第一制冷機，其一端通過第一管道與所述冷卻通道一端連通、另一端通過第二管道與所述冷卻通道另一端連通；

增壓水箱，其通過第三管道與所述第一耐壓筒連通，所述第三管道上設(shè)有增壓泵。

優(yōu)選的是，所述的低溫深海模擬裝置，所述導(dǎo)熱翅片為彈性導(dǎo)熱材料制成的彈性導(dǎo)熱翅片。

優(yōu)選的是，所述的低溫深海模擬裝置，還包括：

換熱器，其包括冷側(cè)進液管、冷側(cè)出液管、熱側(cè)進液管和熱側(cè)出液管；

所述換熱器的冷側(cè)進液管與所述第一管道連通，所述換熱器的冷側(cè)出液管與所述第二管道連通，所述換熱器的熱側(cè)進液管與所述增壓水箱一側(cè)連通，所述換熱器的熱側(cè)出液管與所述增壓水箱另一側(cè)連通。

優(yōu)選的是，所述的低溫深海模擬裝置，還包括：

換熱器，其包括冷側(cè)進液管、冷側(cè)出液管、熱側(cè)進液管和熱側(cè)出液管；

第二制冷機，所述換熱器的冷側(cè)進液管與所述第二制冷機一端連通，所述