一种低温深海模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种低温深海模拟装置及模拟方法，该低温深海模拟装置包括：第一耐压筒，其外周设有冷却通道；或，第一耐压筒侧壁内设有冷却通道；多个导热翅片，其安装于第一耐压筒内壁上；第一制冷机，其一端通过第一管道与冷却通道一端连通、另一端通过第二管道与冷却通道另一端连通；增压水箱，其通过第三管道与第一耐压筒连通，第三管道上设有增压泵。本发明专利技术通过在第一耐压筒内壁安装导热翅片，在第一耐压筒内水压增至预定压力后，确保压缩热能快速通过导热翅片传导至第一耐压筒，并通过循环冷却介质带到外部冷源，维持第一耐压筒内温度为指定温度，相比传统技术中仅通过冷却介质降温，本发明专利技术的低温深海模拟装置降温速率更高，试验效率更高。试验效率更高。试验效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种低温深海模拟装置及模拟方法


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，尤其涉及一种低温深海模拟装置及模拟方法。

技术介绍

[0002]海斗深渊具有超高压(最深处约110MPa)、低温(2℃
‑
4℃)等特点。目前我国传统的深海压力测试装置已能够满足模拟深渊110MPa的环境压力需求，但基本不具备温度控制功能，无法直接实现类深渊低温环境，这大大限制了深海压力测试装置应用范畴和深渊科学研究工作。深海水温一般为2
‑
4℃，远低于陆地常温。对于深海模拟装置，深海压力可以通过增压装置和耐压筒实现陆地模拟。但对于深海压力的温度模拟较为困难，根本原因是在模拟装置中增压到10MPa
‑
200MPa后压力桶内水几乎不流动，换热主要依靠水的导热实现，而水的导热系数小，单位厚度导热热阻大；模拟装置增压时引起水内能增加，温度上升，为了实现增压后温度控制在2
‑
4℃，需将热量尽快带走。按照传热规律，为了减少降温时间，提升模拟实验效率，可通过增大换热温差和减小换热路径实现。
[0003]对于微小型的深海高压模拟装置，现有技术一般都是通过在筒体外壁设置一个冷却夹套，再往冷却夹套注入冷却介质；由于尺寸小，导热路径短，冷却介质通过筒壁热传导将筒内环境热量带走达到冷却的效果。而大容积深海高压模拟装置作为该领域未来主要发展趋势。由于尺寸大，水的导热系数远低于钢的导热系数，增压后高压静止水的热阻是主要导热热阻。为达到深海高压低温模拟目的，目前只通过采用在增压筒壁中间或外层水套或盘管通冷却介质的措施较难实现；且冷却介质温度不能过低，需要考虑筒壁耐压钢的低温性能和高压水壁面结冰的危害。因此，采用传统的技术路线，已经无法实现深海高压模拟装置筒内低温快速、有效控制。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种低温深海模拟装置及模拟方法，解决或至少部分解决现有技术中存在的技术缺陷。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种低温深海模拟装置，包括：
[0006]第一耐压筒，其外周设有冷却通道；或，所述第一耐压筒侧壁中空，所述第一耐压筒侧壁内设有冷却通道；
[0007]多个导热翅片，其安装于所述第一耐压筒内壁上；
[0008]第一制冷机，其一端通过第一管道与所述冷却通道一端连通、另一端通过第二管道与所述冷却通道另一端连通；
[0009]增压水箱，其通过第三管道与所述第一耐压筒连通，所述第三管道上设有增压泵。
[0010]优选的是，所述的低温深海模拟装置，所述导热翅片为弹性导热材料制成的弹性导热翅片。
[0011]优选的是，所述的低温深海模拟装置，还包括：
[0012]换热器，其包括冷侧进液管、冷侧出液管、热侧进液管和热侧出液管；
[0013]所述换热器的冷侧进液管与所述第一管道连通，所述换热器的冷侧出液管与所述第二管道连通，所述换热器的热侧进液管与所述增压水箱一侧连通，所述换热器的热侧出液管与所述增压水箱另一侧连通。
[0014]优选的是，所述的低温深海模拟装置，还包括：
[0015]换热器，其包括冷侧进液管、冷侧出液管、热侧进液管和热侧出液管；
[0016]第二制冷机，所述换热器的冷侧进液管与所述第二制冷机一端连通，所述
[0017]换热器的冷侧出液管与所述第二制冷机另一端连通，所述换热器的热侧进液管与所述增压水箱一侧连通，所述换热器的热侧出液管与所述增压水箱另一侧连通。
[0018]优选的是，所述的低温深海模拟装置，所述换热器的热侧出液管和/或所述换热器的热侧进液管上设有循环泵。
[0019]优选的是，所述的低温深海模拟装置，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述换热器的冷侧进液管、所述换热器的热侧进液管上均设有阀门。
[0020]优选的是，所述的低温深海模拟装置，还包括第二耐压筒，所述第二耐压筒套设在所述第一耐压筒外周，所述冷却通道位于所述第一耐压筒和所述第二耐压筒之间且套设在所述第一耐压筒外周。
[0021]优选的是，所述的低温深海模拟装置，所述第二耐压筒包括两端开口的第二筒体，所述第一耐压筒包括两端开口的第一筒体，所述第一筒体两端均设有法兰，所述法兰分别盖设于所述第一筒体、所述第二筒体两端的开口。
[0022]优选的是，所述的低温深海模拟装置，若所述第一耐压筒外周设有冷却通道，所述冷却通道还设有保温层；
[0023]若所述第一耐压筒侧壁内设有冷却通道，所述第一耐压筒外周设有保温层。
[0024]第二方面，本专利技术还提供了一种深海低温环境模拟方法，包括以下步骤：
[0025]提供所述的低温深海模拟装置；
[0026]启动第一制冷机，第一制冷机中的冷却介质经第一管道进入冷却通道再经过第二管道返回至第一制冷机，冷却通道中的冷却介质对第一耐压筒进行降温并达到预定温度；
[0027]将待测样品放置在第一耐压筒内，启动增压泵将增压水箱中的水泵入第一耐压筒内使第一耐压筒内的压力达到预定值；
[0028]若所述低温深海模拟装置还包括换热器，所述深海低温环境模拟方法还包括以下步骤：
[0029]通过第一制冷机或第二制冷机和换热器将增压水箱中的水降低至预定温度，再将待测样品放置在第一耐压筒内，启动增压泵将增压水箱中的水泵入第一耐压筒内使第一耐压筒内的压力达到预定值。
[0030]本专利技术的一种低温深海模拟装置相对于现有技术具有以下有益效果：
[0031](1)本专利技术的低温深海模拟装置，包括多个导热翅片、第一制冷机、增压水箱，通过在第一耐压筒内壁上设置多个导热翅片提升第一耐压筒内高压水的传热系数，增加水的降温速率；第一制冷机中的冷却介质在流动过程中对第一耐压筒进行降温；而增压水箱中的水在增压泵的作用下对第一耐压筒进行增压；本专利技术通过在第一耐压筒内壁安装导热翅片，在第一耐压筒内水压增至预定压力后，确保压缩热能快速通过导热翅片传导至第一耐压筒，并通过循环冷却介质带到外部冷源，维持第一耐压筒内温度为指定温度，相比传统技
术中仅通过冷却介质降温，本专利技术的低温深海模拟装置降温速率更高，试验效率更高；
[0032](2)本专利技术的低温深海模拟装置，还包括换热器，通过第一制冷机或第二制冷机和换热器将增压水箱中的水降低至预定温度，然后再将增压箱中的水泵入第一耐压筒中进行增压，确保进进入第一耐压筒中的水均为低温水，由于换热器的换热效率要远高于第一耐压筒内导热翅片的换热效率，可减少增压后第一制冷机的热负荷和降温时间，增加试验效率。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本专利技术其中一个实施例中低温深海模拟装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温深海模拟装置，其特征在于，包括：第一耐压筒，其外周设有冷却通道；或，所述第一耐压筒侧壁中空，所述第一耐压筒侧壁内设有冷却通道；多个导热翅片，其安装于所述第一耐压筒内壁上；第一制冷机，其一端通过第一管道与所述冷却通道一端连通、另一端通过第二管道与所述冷却通道另一端连通；增压水箱，其通过第三管道与所述第一耐压筒连通，所述第三管道上设有增压泵。2.如权利要求1所述的低温深海模拟装置，其特征在于，所述导热翅片为弹性导热材料制成的弹性导热翅片。3.如权利要求1所述的低温深海模拟装置，其特征在于，还包括：换热器，其包括冷侧进液管、冷侧出液管、热侧进液管和热侧出液管；所述换热器的冷侧进液管与所述第一管道连通，所述换热器的冷侧出液管与所述第二管道连通，所述换热器的热侧进液管与所述增压水箱一侧连通，所述换热器的热侧出液管与所述增压水箱另一侧连通。4.如权利要求1所述的低温深海模拟装置，其特征在于，还包括：换热器，其包括冷侧进液管、冷侧出液管、热侧进液管和热侧出液管；第二制冷机，所述换热器的冷侧进液管与所述第二制冷机一端连通，所述换热器的冷侧出液管与所述第二制冷机另一端连通，所述换热器的热侧进液管与所述增压水箱一侧连通，所述换热器的热侧出液管与所述增压水箱另一侧连通。5.如权利要求3或4所述的低温深海模拟装置，其特征在于，所述换热器的热侧出液管和/或所述换热器的热侧进液管上设有循环泵。6.如权利要求5所述的低温深海模拟装置，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少柒，谢秀娟，潘薇，龚领会，薛瑞，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：