一种模拟南极冰下环境的实验系统及实验方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟南极冰下环境的实验系统及实验方法，实验系统包括有基坑、井筒、冷凝管和制冷机，其中井筒设在基坑内，每个井筒的外周圈均绕设有数段冷凝管，每段冷凝管通过管路均连接有一台制冷机。井筒外周圈上绕设的冷凝管分为五段，冷凝管连接的制冷机设有五台，制冷机的型号为谷轮0500，功率为4.41kw，冷凝管外径为22mm，内径为19mm。方法为：(1)、冰盖及冰川模拟状态；(2)冰下基岩模拟状态；(3)冰下湖模拟状态；(4)冰下湖及沉积物状态。有益效果：具有极高的应用价值，并且所需制冷量预先计算，确保制冷设备选型正确，避免资源浪费。
【专利说明】
一种模拟南极冰下环境的实验系统及实验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种实验系统及实验方法，特别涉及一种模拟南极冰下环境的实验系统及实验方法。
【背景技术】
[0002]南极面积1450万平方千米，99%为冰层覆盖。冰下环境类型丰富，极其复杂，大致可分为南极冰盖或冰川，冰下基岩，冰下湖和冰下湖沉积物等，各种冰下环境都具有非常重要的科学研究意义。冰川储存了地球75%的淡水资源，冰川是一个相关联的全球系统的重要组成部分，包含地球能量资源储藏，水文循环，大气和海洋环流，气候变化，地壳流变和海平面提升等等。极地冰盖和冰川包含着几百万年前随雪花下落而有序聚集的古代冰层，这些古代冰层里包含的尘埃颗粒、可溶性化学物质以及冰中包裹的气体通常用来研究过去气候的变化情况。冰芯中含有丰富的气候信息，能够提供纯正的过去的温室气体以及精确的古老的气候信息；冰下基岩岩芯为生命提供了独特的栖息地样本，并且为冰川下部沉积物变形提供了重要的信息，从而对冰川下的水力循环系统、冰川地质及构造产生耦合作用。南极冰盖下大量存在的液态水已经与地球大气环境隔绝数百万年，它的液态环境可能会提供独一无二的生物进化信息、地球气候变化信息以及南极冰盖的变形信息，冰下湖系统的发现在短期内向科学家们打开了一个全新的科学领域;新的生命形式可能不仅存在于冰下湖中，而且可能存在于冰下湖的沉积物、冰下基岩的孔隙和裂缝中。开展这些科学研究，都需要在南极冰盖进行钻探和取样工作。为了在南极开展这些钻探和取样工作，需要深入细致地开展钻探及取样技术研究。开展各种钻探技术研究，需要进行大量的试验研究。但是南极地处地球极端，且气候恶劣，温度低下，多次往返南极开展现场试验研究是不现实的。因此，我们设计了一种可模拟多种南极冰下环境的实验系统及实验方法。此系统的建立意义在于可以在国内实验室模拟南极极端环境，从而开展系列实验研究，从中获取大量实验数据和实验成果，能够指导科考人员在南极进行冰下环境的研究工作，对研究南极冰盖的形成机制和运动模式、南极大陆的地质演变过程、南极冰下湖的形成机理和演化规律、南极冰盖及冰下湖沉积物的平衡形式、探索新的生命形式具有极其重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了模拟南极冰下环境以指导科考人员在南极进行科考工作而提供的一种模拟南极冰下环境的实验系统及实验方法。
[0004]本发明提供的模拟南极冰下环境的实验系统包括有基坑、井筒、冷凝管和制冷机，其中井筒设在基坑内，每个井筒的外周圈均绕设有数段冷凝管，每段冷凝管通过管路均连接有一台制冷机。
[0005]井筒外周圈上绕设的冷凝管分为五段，冷凝管连接的制冷机设有五台，制冷机的型号为谷轮0500，功率为4.41kw，冷凝管外径为22mm，内径为19mm。
[0006]井筒的外侧壁裹设有保温层，井筒的型号为1000_X 12000mm。
[0007]本发明提供的模拟南极冰下环境的实验方法，其方法如下所述:
[0008](I )、冰盖及冰川模拟状态:将竖直安放在基坑中的井筒内注满水，启动五台制冷机同时工作，在72小时至96小时将筒内水冻成冰；
[0009](2)冰下基岩模拟状态:先将岩石放入井筒内，然后再向井筒内注满水，此时只启动连接上面三部分冷凝管的制冷机，经72至96小时内冻结成冰；
[0010](3)冰下湖模拟状态:将井筒内注满水，只启动连接上面三部分冷凝管的制冷机，在72至96小时内冻成冰，则会形成上冰下水的冰下湖状态；
[0011](4)冰下湖及沉积物状态:先放入砂石、淤泥以及鹅卵石于筒底，然后将井筒注满水，只启动连接上面三部分冷凝管的制冷机，在72至96小时内冻成冰，形成冰下湖及沉积物模拟状态。
[0012]本发明的工作原理:
[0013]冰盖及冰川一井筒注满水，所有制冷机一起工作;冰下基岩一井筒下部放置岩石，井筒注满水，连接上部冷凝管的制冷机工作，连接下面冷凝管的制冷机关闭;冰下湖一井筒注满水，连接上面冷凝管的制冷机工作，连接下面冷凝管的制冷机关闭；冰下砂石及沉积物一井筒下部放置砂石及沉积物，井筒注满水，连接上部冷凝管的制冷机工作，连接下部冷凝管的制冷机关闭。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明提供的技术方案设计独特，操作方便，各制冷机之间独立工作，互不影响，对各种冰下结构的形成都能有效模拟，极大的简化了实验操作，具有极高的应用价值，并且所需制冷量预先计算，确保制冷设备选型正确，避免资源浪费。
【附图说明】
[0016]图1为本发明整体结构示意图。
[0017]1、基坑2、井筒3、冷凝管4、制冷机5、保温层。
【具体实施方式】
[0018]请参阅图1所示:
[0019]本发明提供的模拟南极冰下环境的实验系统包括有基坑1、井筒2、冷凝管3和制冷机4，其中井筒2设在基坑I内，每个井筒2的外周圈均绕设有数段冷凝管3，每段冷凝管3通过管路均连接有一台制冷机4。
[0020]井筒2外周圈上绕设的冷凝管3分为五段，冷凝管3连接的制冷机4设有五台，制冷机4的型号为谷轮0500，功率为4.41kw，冷凝管3外径为22mm，内径为19mm。
[0021]井筒2的外侧壁裹设有保温层5，井筒2的型号为100mmX 12000mm。
[0022]本发明提供的模拟南极冰下环境的实验方法，其方法如下所述:
[0023](I )、冰盖及冰川模拟状态:将竖直安放在基坑I中的井筒2内注满水，启动五台制冷机4同时工作，在72小时至96小时将筒内水冻成冰；
[0024](2)、冰下基岩模拟状态:先将岩石放入井筒2内，然后再向井筒2内注满水，此时只启动连接上面三部分冷凝管3的制冷机4，经72至96小时内冻结成冰；
[0025](3)、冰下湖模拟状态:将井筒2内注满水，只启动连接上面三部分冷凝管3的制冷机4，在72至96小时内冻成冰，则会形成上冰下水的冰下湖状态；
[0026](4)、冰下湖及沉积物状态:先放入砂石、淤泥以及鹅卵石于筒底，然后将井筒2注满水，只启动连接上面三部分冷凝管3的制冷机4，在72至96小时内冻成冰，形成冰下湖及沉积物模拟状态。
[0027]本发明的工作原理:
[0028]冰盖及冰川一井筒2注满水，所有制冷机4一起工作;冰下基岩--井筒2下部放置岩石，井筒2注满水，连接上部冷凝管3的制冷机4工作，连接下面冷凝管3的制冷机4关闭;冰下湖一井筒2注满水，连接上面冷凝管3的制冷机4工作，连接下面冷凝管3的制冷机4关闭；冰下砂石及沉积物一井筒2下部放置砂石及沉积物，井筒2注满水，连接上部冷凝管3的制冷机4工作，连接下部冷凝管3的制冷机4关闭。
【主权项】
1.一种模拟南极冰下环境的实验系统，其特征在于:包括有基坑、井筒、冷凝管和制冷机，其中井筒设在基坑内，每个井筒的外周圈均绕设有数段冷凝管，每段冷凝管通过管路均连接有一台制冷机。2.根据权利要求1所述的一种模拟南极冰下环境的实验系统，其特征在于:所述的井筒外周圈上绕设的冷凝管分为五段，冷凝管连接的制冷机设有五台，制冷机的型号为谷轮0500，功率为4.41kw，冷凝管外径为22mm，内径为19mm。3.根据权利要求1所述的一种模拟南极冰下环境的实验系统，其特征在于:所述的井筒的外侧壁裹设有保温层，井筒的型号为1000_X12500mm。4.一种模拟南极冰下环境的实验方法，其特征在于:其方法如下所述: (1)、冰盖及冰j11模拟状态:将竖直安放在基坑中的井筒内注满水，启动五台制冷机同时工作，在72小时至96小时将筒内水冻成冰； (2)、冰下基岩模拟状态:先将岩石放入井筒内，然后再向井筒内注满水，此时只启动连接上面三部分冷凝管的制冷机，经72至96小时内冻结成冰； (3)、冰下湖模拟状态:将井筒内注满水，只启动连接上面三部分冷凝管的制冷机，在72至96小时内冻成冰，则会形成上冰下水的冰下湖状态； (4)、冰下湖及沉积物状态:先放入砂石、淤泥以及鹅卵石于筒底，然后将井筒注满水，只启动连接上面三部分冷凝管的制冷机，在72至96小时内冻成冰，形成冰下湖及沉积物模拟状态。
【文档编号】G09B23/40GK105913744SQ201610428915
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王如生, 刘安, 帕维尔达拉拉伊, 刘刚, 刘博文, 曹品鲁, 张楠, 范晓鹏, 杨阳, 马科夫
【申请人】吉林大学