一種模擬南極冰下環境的實驗系統及實驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種模擬南極冰下環境的實驗系統及實驗方法，實驗系統包括有基坑、井筒、冷凝管和制冷機，其中井筒設在基坑內，每個井筒的外周圈均繞設有數段冷凝管，每段冷凝管通過管路均連接有一臺制冷機。井筒外周圈上繞設的冷凝管分為五段，冷凝管連接的制冷機設有五臺，制冷機的型號為谷輪0500，功率為4.41kw，冷凝管外徑為22mm，內徑為19mm。方法為：(1)、冰蓋及冰川模擬狀態；(2)冰下基巖模擬狀態；(3)冰下湖模擬狀態；(4)冰下湖及沉積物狀態。有益效果：具有極高的應用價值，并且所需制冷量預先計算，確保制冷設備選型正確，避免資源浪費。
【專利說明】
一種模擬南極冰下環境的實驗系統及實驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種實驗系統及實驗方法，特別涉及一種模擬南極冰下環境的實驗系統及實驗方法。
【背景技術】
[0002]南極面積1450萬平方千米，99%為冰層覆蓋。冰下環境類型豐富，極其復雜，大致可分為南極冰蓋或冰川，冰下基巖，冰下湖和冰下湖沉積物等，各種冰下環境都具有非常重要的科學研究意義。冰川儲存了地球75%的淡水資源，冰川是一個相關聯的全球系統的重要組成部分，包含地球能量資源儲藏，水文循環，大氣和海洋環流，氣候變化，地殼流變和海平面提升等等。極地冰蓋和冰川包含著幾百萬年前隨雪花下落而有序聚集的古代冰層，這些古代冰層里包含的塵埃顆粒、可溶性化學物質以及冰中包裹的氣體通常用來研究過去氣候的變化情況。冰芯中含有豐富的氣候信息，能夠提供純正的過去的溫室氣體以及精確的古老的氣候信息；冰下基巖巖芯為生命提供了獨特的棲息地樣本，并且為冰川下部沉積物變形提供了重要的信息，從而對冰川下的水力循環系統、冰川地質及構造產生耦合作用。南極冰蓋下大量存在的液態水已經與地球大氣環境隔絕數百萬年，它的液態環境可能會提供獨一無二的生物進化信息、地球氣候變化信息以及南極冰蓋的變形信息，冰下湖系統的發現在短期內向科學家們打開了一個全新的科學領域;新的生命形式可能不僅存在于冰下湖中，而且可能存在于冰下湖的沉積物、冰下基巖的孔隙和裂縫中。開展這些科學研究，都需要在南極冰蓋進行鉆探和取樣工作。為了在南極開展這些鉆探和取樣工作，需要深入細致地開展鉆探及取樣技術研究。開展各種鉆探技術研究，需要進行大量的試驗研究。但是南極地處地球極端，且氣候惡劣，溫度低下，多次往返南極開展現場試驗研究是不現實的。因此，我們設計了一種可模擬多種南極冰下環境的實驗系統及實驗方法。此系統的建立意義在于可以在國內實驗室模擬南極極端環境，從而開展系列實驗研究，從中獲取大量實驗數據和實驗成果，能夠指導科考人員在南極進行冰下環境的研究工作，對研究南極冰蓋的形成機制和運動模式、南極大陸的地質演變過程、南極冰下湖的形成機理和演化規律、南極冰蓋及冰下湖沉積物的平衡形式、探索新的生命形式具有極其重要的意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了模擬南極冰下環境以指導科考人員在南極進行科考工作而提供的一種模擬南極冰下環境的實驗系統及實驗方法。
[0004]本發明提供的模擬南極冰下環境的實驗系統包括有基坑、井筒、冷凝管和制冷機，其中井筒設在基坑內，每個井筒的外周圈均繞設有數段冷凝管，每段冷凝管通過管路均連接有一臺制冷機。
[0005]井筒外周圈上繞設的冷凝管分為五段，冷凝管連接的制冷機設有五臺，制冷機的型號為谷輪0500，功率為4.41kw，冷凝管外徑為22mm，內徑為19mm。
[0006]井筒的外側壁裹設有保溫層，井筒的型號為1000_X 12000mm。
[0007]本發明提供的模擬南極冰下環境的實驗方法，其方法如下所述:
[0008](I )、冰蓋及冰川模擬狀態:將豎直安放在基坑中的井筒內注滿水，啟動五臺制冷機同時工作，在72小時至96小時將筒內水凍成冰；
[0009](2)冰下基巖模擬狀態:先將巖石放入井筒內，然后再向井筒內注滿水，此時只啟動連接上面三部分冷凝管的制冷機，經72至96小時內凍結成冰；
[0010](3)冰下湖模擬狀態:將井筒內注滿水，只啟動連接上面三部分冷凝管的制冷機，在72至96小時內凍成冰，則會形成上冰下水的冰下湖狀態；
[0011](4)冰下湖及沉積物狀態:先放入砂石、淤泥以及鵝卵石于筒底，然后將井筒注滿水，只啟動連接上面三部分冷凝管的制冷機，在72至96小時內凍成冰，形成冰下湖及沉積物模擬狀態。
[0012]本發明的工作原理:
[0013]冰蓋及冰川一井筒注滿水，所有制冷機一起工作;冰下基巖一井筒下部放置巖石，井筒注滿水，連接上部冷凝管的制冷機工作，連接下面冷凝管的制冷機關閉;冰下湖一井筒注滿水，連接上面冷凝管的制冷機工作，連接下面冷凝管的制冷機關閉；冰下砂石及沉積物一井筒下部放置砂石及沉積物，井筒注滿水，連接上部冷凝管的制冷機工作，連接下部冷凝管的制冷機關閉。
[0014]本發明的有益效果:
[0015]本發明提供的技術方案設計獨特，操作方便，各制冷機之間獨立工作，互不影響，對各種冰下結構的形成都能有效模擬，極大的簡化了實驗操作，具有極高的應用價值，并且所需制冷量預先計算，確保制冷設備選型正確，避免資源浪費。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明整體結構示意圖。
[0017]1、基坑2、井筒3、冷凝管4、制冷機5、保溫層。
【具體實施方式】
[0018]請參閱圖1所示:
[0019]本發明提供的模擬南極冰下環境的實驗系統包括有基坑1、井筒2、冷凝管3和制冷機4，其中井筒2設在基坑I內，每個井筒2的外周圈均繞設有數段冷凝管3，每段冷凝管3通過管路均連接有一臺制冷機4。
[0020]井筒2外周圈上繞設的冷凝管3分為五段，冷凝管3連接的制冷機4設有五臺，制冷機4的型號為谷輪0500，功率為4.41kw，冷凝管3外徑為22mm，內徑為19mm。
[0021]井筒2的外側壁裹設有保溫層5，井筒2的型號為100mmX 12000mm。
[0022]本發明提供的模擬南極冰下環境的實驗方法，其方法如下所述:
[0023](I )、冰蓋及冰川模擬狀態:將豎直安放在基坑I中的井筒2內注滿水，啟動五臺制冷機4同時工作，在72小時至96小時將筒內水凍成冰；
[0024](2)、冰下基巖模擬狀態:先將巖石放入井筒2內，然后再向井筒2內注滿水，此時只啟動連接上面三部分冷凝管3的制冷機4，經72至96小時內凍結成冰；
[0025](3)、冰下湖模擬狀態:將井筒2內注滿水，只啟動連接上面三部分冷凝管3的制冷機4，在72至96小時內凍成冰，則會形成上冰下水的冰下湖狀態；
[0026](4)、冰下湖及沉積物狀態:先放入砂石、淤泥以及鵝卵石于筒底，然后將井筒2注滿水，只啟動連接上面三部分冷凝管3的制冷機4，在72至96小時內凍成冰，形成冰下湖及沉積物模擬狀態。
[0027]本發明的工作原理:
[0028]冰蓋及冰川一井筒2注滿水，所有制冷機4一起工作;冰下基巖--井筒2下部放置巖石，井筒2注滿水，連接上部冷凝管3的制冷機4工作，連接下面冷凝管3的制冷機4關閉;冰下湖一井筒2注滿水，連接上面冷凝管3的制冷機4工作，連接下面冷凝管3的制冷機4關閉；冰下砂石及沉積物一井筒2下部放置砂石及沉積物，井筒2注滿水，連接上部冷凝管3的制冷機4工作，連接下部冷凝管3的制冷機4關閉。
【主權項】
1.一種模擬南極冰下環境的實驗系統，其特征在于:包括有基坑、井筒、冷凝管和制冷機，其中井筒設在基坑內，每個井筒的外周圈均繞設有數段冷凝管，每段冷凝管通過管路均連接有一臺制冷機。2.根據權利要求1所述的一種模擬南極冰下環境的實驗系統，其特征在于:所述的井筒外周圈上繞設的冷凝管分為五段，冷凝管連接的制冷機設有五臺，制冷機的型號為谷輪0500，功率為4.41kw，冷凝管外徑為22mm，內徑為19mm。3.根據權利要求1所述的一種模擬南極冰下環境的實驗系統，其特征在于:所述的井筒的外側壁裹設有保溫層，井筒的型號為1000_X12500mm。4.一種模擬南極冰下環境的實驗方法，其特征在于:其方法如下所述: (1)、冰蓋及冰j11模擬狀態:將豎直安放在基坑中的井筒內注滿水，啟動五臺制冷機同時工作，在72小時至96小時將筒內水凍成冰； (2)、冰下基巖模擬狀態:先將巖石放入井筒內，然后再向井筒內注滿水，此時只啟動連接上面三部分冷凝管的制冷機，經72至96小時內凍結成冰； (3)、冰下湖模擬狀態:將井筒內注滿水，只啟動連接上面三部分冷凝管的制冷機，在72至96小時內凍成冰，則會形成上冰下水的冰下湖狀態； (4)、冰下湖及沉積物狀態:先放入砂石、淤泥以及鵝卵石于筒底，然后將井筒注滿水，只啟動連接上面三部分冷凝管的制冷機，在72至96小時內凍成冰，形成冰下湖及沉積物模擬狀態。
【文檔編號】G09B23/40GK105913744SQ201610428915
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】王如生, 劉安, 帕維爾達拉拉伊, 劉剛, 劉博文, 曹品魯, 張楠, 范曉鵬, 楊陽, 馬科夫
【申請人】吉林大學