一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法技术

本发明专利技术涉及一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法，所采用的实验装置包括可视容器，压力容器，两个二氧化碳气瓶和摄像系统，可视容器侧面设置有可视窗口，光源和摄像仪设置在可视窗口处，设置有上部压力传感器以及进水阀和进水口，通过第一二氧化碳气瓶进气阀控制二氧化碳气体从第一二氧化碳气瓶注入可视容器的底部；压力容器系统II包括压力容器，用于测量压力容器压力的第三压力传感器；可视容器的顶部通过排气管道与压力容器相连，在排气管道上设置有排气口，其两边各设置一个排气阀；排气口和两个排气阀所在的排气管道设置有旁路；第二二氧化碳气瓶通过进气阀与压力容器相连通。本发明专利技术可直观观测，可操作性强。

A Method for Simulating the Formation and Degassing of Saturated Carbon Dioxide Solution

The invention relates to a method for simulating the formation and degassing process of carbon dioxide saturated solution. The experimental device adopted includes a visual container, a pressure vessel, two carbon dioxide cylinders and a video camera system. A visual window is arranged on the side of the visual container, a light source and a video camera are arranged at the visual window, and an upper pressure sensor, a water inlet valve and a water inlet are arranged through the first two. The carbon dioxide cylinder intake valve controls the injection of carbon dioxide gas from the first carbon dioxide cylinder into the bottom of the visual container; the pressure vessel system II includes a pressure vessel, the third pressure sensor used to measure the pressure of the pressure vessel; the top of the visual vessel is connected to the pressure vessel through the exhaust pipe, and an exhaust port is arranged on the exhaust pipe, with one exhaust valve on each side; The exhaust pipe where the mouth and the two exhaust valves are located is provided with a bypass; the second carbon dioxide cylinder is connected to the pressure vessel through the intake valve. The invention can be visually observed and has strong operability.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法
本专利技术涉及一种模拟湖泊喷发的实验装置。
技术介绍
湖泊喷发是一种尚待深入研究的大体积静止水域瞬间剧烈喷发的流体力学现象，最典型的湖泊喷发实例是1986年8月21日凌晨发生在非洲喀麦隆尼奥斯湖的灾难性喷发事件，此事件导致超过1700人丧生。地下深处的二氧化碳通过地壳中的岩石裂缝逃逸至湖水中，由于湖中深水区压力大，二氧化碳被高压溶解在其中。在外界产生扰动或二氧化碳溶液上升的情况下，大量的二氧化碳会在短时间内从水中析出，形成喷发。要避免类似灾难发生，就需要对二氧化碳溶解于水中的过程以及二氧化碳从溶液中析出的过程进行研究。根据文献了解，目前对于湖泊喷发事件的研究主要集中于现场数据采集和理论分析方面。在实验模拟部分，现有的实验装置使用透明玻璃管作为容器，玻璃管上方连接低压仓，玻璃管及低压仓之间使用金属膜间隔。这种实验装置的问题在于玻璃管的直径较小，产生气泡后，气泡之间相互挤压，气泡发展受壁面影响严重，无法准确有效地模拟湖水中二氧化碳溶液的泄气过程，且泄气过程无法控制，玻璃管及低压仓在金属膜破裂瞬间连通，与自然情况不符。
技术实现思路
本专利技术目的提供一种用以模拟湖泊喷发的方法，模拟二氧化碳气体在不同压力下溶解于水中的过程，及二氧化碳溶液在不同压力下的泄气过程。本专利技术的技术方案如下：一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法，所采用的实验装置，包括可视容器系统I，压力容器系统II，两个二氧化碳气瓶和摄像系统IV，摄像系统IV包括至少一组光源和摄像仪，可视容器系统I包括可视容器、其侧面设置有可视窗口，光源和摄像仪设置在可视窗口处，用以观测泄气过程、获取泄气影像，其特征在于，可视容器设置有上部压力传感器以及进水阀和进水口，通过第一二氧化碳气瓶进气阀控制二氧化碳气体从第一二氧化碳气瓶注入可视容器的底部，二氧化碳气体溶解在水中；通过上部压力传感器测量可视容器顶部的压力；压力容器系统II包括压力容器，用于测量压力容器压力的第三压力传感器；可视容器的顶部通过排气管道与压力容器相连，在排气管道上设置有排气口，在排气口的两边各设置一个可视容器侧排气阀和压力容器侧排气阀；排气口和两个排气阀所在的排气管道设置有旁路，在旁路上设置有连通阀；第二二氧化碳气瓶通过进气阀与压力容器相连通，压力容器通过所述连通阀及其所在的旁路与可视容器相连；在可视容器上部设置有遮液板，用以防止排气夹带液体涌入排气管道。可视容器的底部设置气体散布器，二氧化碳气体通过气体散布器溶解在水中。可视容器内设置有pH传感器，通过pH传感器测量二氧化碳通入后的溶液的pH值；模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的步骤包括：1)实验开始，关闭所有阀门；2)打开进水阀，水通过进水口进入可视容器，达到指定水位线后关闭进水阀；3)打开第一二氧化碳气瓶进气阀使得第一二氧化碳气瓶中的二氧化碳气体输送至可视容器中，通过气体散布器使气体分散溶解于水体中，同时通过上部压力传感器测得可视容器内的压力不断升高，当压力达到实验的设定值后，打开可视容器侧排气阀，在保持进气的同时控制排气，使可视容器内的压力始终维持在设定值，此过程中通过pH传感器同步测量可视容器内溶液的pH值，当pH值稳定且不再下降后，同时关闭第一二氧化碳气瓶进气阀与第可视容器侧排气阀，此时在可视容器内得到设定压力下的饱和二氧化碳溶液；4)打开第二二氧化碳气瓶进气阀，第二二氧化碳气瓶中的二氧化碳气体通过管道输送至压力容器内，通过第三压力传感器测量压力容器内的压力，当压力达到设定值后，关闭第二二氧化碳气瓶进气阀，此时压力容器内的压力应低于可视容器内的压力；5)打开连通阀，二氧化碳气体由可视容器流向压力容器，压力容器内的压力会上升，可视容器内的压力会下降，随着压力下降，可视容器内的饱和溶液将发生泄气过程，此过程通过使用光源和摄像仪进行拍摄，当泄气过程停止并不再产生气泡后，关闭连通阀；6)打开可视容器侧排气阀，将可视容器内的压力降至常压，打开压力容器侧排气阀，将压力容器内的压力降至常压，打开排水阀，通过排水口将可视容器内的水排出。本专利技术的有效性及特点在于：提供了一种能够有效模拟湖水中二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的实验装置，模拟不同压力情况，可直观观测，采集数据全面，管道优化完善，可操作性强。具体为：(1)模拟自然条件方面：可视容器内径大(293mm)，对气泡生成发展影响小，更接近自然界的真实情况。(2)可直观观测方面：通过可视窗口观察泄气现象，同时使用高速摄像仪对影像进行记录；窗口采用错位布置，既保证了强度又做到了观测无盲点。(3)采集数据全面方面：布置了多个压力传感器及温度传感器，对多点位压力同时进行测量记录。(4)管道优化完善方面：优化阀门布置，更加合理，实现设计功能的同时保证了阀门数量最少。(5)可操作性强方面：气体散布器使二氧化碳更易溶解于水中，遮液板避免了气体夹带水涌入排气管，通过控制不同阀门即可实现预先设计的实验过程。附图说明图1是本专利技术一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的实验装置的结构示意图。图2是可视容器15的俯视图。图3是可视容器15的局部剖面图，图3(a)是可视容器顶部局部剖面图，图3(b)是可视容器底部局部剖面图。附图中各部件的标记如下：I、可视容器系统；II、压力容器系统；III、气瓶系统；IV、摄像系统；1，26、二氧化碳气瓶；2，3，24，25、进气阀；4、进水阀；5、进水口；6、排水口；7、排水阀；8、温度传感器；9、气体散布器；10，16，22、压力传感器；11、pH传感器；12、可视窗口；13、板式光源；14、高速摄像仪；15、可视容器；17、遮液板；18、连通阀；19，21、排气阀；20、排气口；23、压力容器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，图2和图3，本专利技术实施例包括：本专利技术的模拟湖泊喷发的实验装置，可以用来模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程，包括可视容器系统I，压力容器系统II，气瓶系统III，摄像系统IV；通过进气阀2与进气阀3控制二氧化碳气体从二氧化碳气瓶1注入可视容器15，二氧化碳气体通过气体散布器9溶解在水中；进水口5连接给水管道，通过进水阀4控制进水，排水口6连接排水管道，通过排水阀7控制排水；通过温度传感器8测量温度，通过压力传感器10和压力传感器16分别测量可视容器15底部及顶部的压力，通过pH传感器11测量溶液pH值；通过布置在容器四周的8个可视窗口12观测泄气过程、获取泄气影像；遮液板17防止排气夹带大量的水涌入排气管道；板式光源13为拍摄提供光源，高速摄像仪14记录影像；排气阀19控制可视容器15通过排气口20排气，排气阀21控制压力容器23通过排气口20排气，联通阀18控制可视容器与压力容器的联通；压力传感器22测量压力容器23内的压力；通过进气阀24与进气阀25控制二氧化碳气体从二氧化碳气瓶26注入压力容器23。通过进水阀4控制水由进水口5进入可视容器15，通过排水阀7控制水由排水口6排出可视容器。控制进气阀2和进气阀3，将二氧化碳气瓶1中的二氧化碳气体通过管道输送至可视容器15中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法，所采用的实验装置，包括可视容器系统I，压力容器系统II，两个二氧化碳气瓶和摄像系统IV，摄像系统IV包括至少一组光源和摄像仪，可视容器系统I包括可视容器、其侧面设置有可视窗口，光源和摄像仪设置在可视窗口处，用以观测泄气过程、获取泄气影像，其特征在于，可视容器设置有上部压力传感器以及进水阀和进水口，通过第一二氧化碳气瓶进气阀控制二氧化碳气体从第一二氧化碳气瓶注入可视容器的底部，二氧化碳气体溶解在水中；通过上部压力传感器测量可视容器顶部的压力；压力容器系统II包括压力容器，用于测量压力容器压力的第三压力传感器；可视容器的顶部通过排气管道与压力容器相连，在排气管道上设置有排气口，在排气口的两边各设置一个可视容器侧排气阀和压力容器侧排气阀；排气口和两个排气阀所在的排气管道设置有旁路，在旁路上设置有连通阀；第二二氧化碳气瓶通过进气阀与压力容器相连通，压力容器通过所述连通阀及其所在的旁路与可视容器相连；在可视容器上部设置有遮液板，用以防止排气夹带液体涌入排气管道。可视容器的底部设置气体散布器，二氧化碳气体通过气体散布器溶解在水中。可视容器内设置有pH传感器，通过pH传感器测量二氧化碳通入后的溶液的pH值。模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的步骤包括：1)实验开始，关闭所有阀门；2)打开进水阀，水通过进水口进入可视容器，达到指定水位线后关闭进水阀；3)打开第一二氧化碳气瓶进气阀使得第一二氧化碳气瓶中的二氧化碳气体输送至可视容器中，通过气体散布器使气体分散溶解于水体中，同时通过上部压力传感器测得可视容器内的压力不断升高，当压力达到实验的设定值后，打开可视容器侧排气阀，在保持进气的同时控制排气，使可视容器内的压力始终维持在设定值，此过程中通过pH传感器同步测量可视容器内溶液的pH值，当pH值稳定且不再下降后，同时关闭第一二氧化碳气瓶进气阀与第可视容器侧排气阀，此时在可视容器内得到设定压力下的饱和二氧化碳溶液；4)打开第二二氧化碳气瓶进气阀，第二二氧化碳气瓶中的二氧化碳气体通过管道输送至压力容器内，通过第三压力传感器测量压力容器内的压力，当压力达到设定值后，关闭第二二氧化碳气瓶进气阀，此时压力容器内的压力应低于可视容器内的压力；5)打开连通阀，二氧化碳气体由可视容器流向压力容器，压力容器内的压力会上升，可视容器内的压力会下降，随着压力下降，可视容器内的饱和溶液将发生泄气过程，此过程通过使用光源和摄像仪进行拍摄，当泄气过程停止并不再产生气泡后，关闭连通阀；6)打开可视容器侧排气阀，将可视容器内的压力降至常压，打开压力容器侧排气阀，将压力容器内的压力降至常压，打开排水阀，通过排水口将可视容器内的水排出。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的方法，所采用的实验装置，包括可视容器系统I，压力容器系统II，两个二氧化碳气瓶和摄像系统IV，摄像系统IV包括至少一组光源和摄像仪，可视容器系统I包括可视容器、其侧面设置有可视窗口，光源和摄像仪设置在可视窗口处，用以观测泄气过程、获取泄气影像，其特征在于，可视容器设置有上部压力传感器以及进水阀和进水口，通过第一二氧化碳气瓶进气阀控制二氧化碳气体从第一二氧化碳气瓶注入可视容器的底部，二氧化碳气体溶解在水中；通过上部压力传感器测量可视容器顶部的压力；压力容器系统II包括压力容器，用于测量压力容器压力的第三压力传感器；可视容器的顶部通过排气管道与压力容器相连，在排气管道上设置有排气口，在排气口的两边各设置一个可视容器侧排气阀和压力容器侧排气阀；排气口和两个排气阀所在的排气管道设置有旁路，在旁路上设置有连通阀；第二二氧化碳气瓶通过进气阀与压力容器相连通，压力容器通过所述连通阀及其所在的旁路与可视容器相连；在可视容器上部设置有遮液板，用以防止排气夹带液体涌入排气管道。可视容器的底部设置气体散布器，二氧化碳气体通过气体散布器溶解在水中。可视容器内设置有pH传感器，通过pH传感器测量二氧化碳通入后的溶液的pH值。模拟二氧化碳饱和溶液形成及泄气过程的步骤包括：1)实验开始，关闭所有阀门；2)打开进水阀，水通过进水口进入可视容器，达到指定水位线后关闭进水阀；3)打开第一二氧化碳气瓶进气阀使得第一二氧化碳气瓶中的二氧化碳气体输送至可视容器中，通过气体散布...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕心力，崔志伟，朱家玲，张伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12