發(fā)布時(shí)間：2020-12-19 18:46

　　深部巖層的原位保溫是深地鉆探、深部資源開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),但目前該技術(shù)仍是深部巖層原位保真取心研究的難題�？紤]到深部巖層的復(fù)雜地質(zhì)條件,大規(guī)模開采活動(dòng)衍生的強(qiáng)擾動(dòng)和高成本問題限制了深部鉆取的作業(yè)空間,同時(shí)在進(jìn)行深部鉆取作業(yè)時(shí)保真艙距離地表太遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致供電、溫度控制和數(shù)據(jù)采集的難度極大。為此,使用功能-行為-結(jié)構(gòu)（function-behavior-structure,FBS）模型對(duì)深部巖層原位保真取心主動(dòng)保溫系統(tǒng)進(jìn)行功能定義描述,初步提出了該系統(tǒng)的功能需求和功能結(jié)構(gòu)布局;結(jié)合TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,發(fā)明問題解決理論）,對(duì)初步提出的主動(dòng)保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中的技術(shù)沖突進(jìn)行分析和改進(jìn),提出了一套由熱管、帕爾貼制冷器以及石墨烯加熱涂層等組成的高效主動(dòng)保溫系統(tǒng);通過設(shè)定不同的溫度梯度來進(jìn)行恒溫控制,實(shí)現(xiàn)了不同深度下原位溫度的保溫模擬,驗(yàn)證了所提出的主動(dòng)保溫系統(tǒng)的可行性。深部巖層原位保真取心主動(dòng)保溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可為后續(xù)的被動(dòng)保溫以及溫壓耦合研究提供研究思路和方法。 

【文章來源】：工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào). 2020年04期 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【圖文】：

改進(jìn)后主動(dòng)保溫系統(tǒng)的工作原理

在恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)安裝PT100溫度傳感器并連接無紙記錄儀，記錄恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)部循環(huán)介質(zhì)（水）的實(shí)時(shí)溫度，利用安裝在恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)壁的石墨烯加熱涂層加熱循環(huán)介質(zhì)（水），當(dāng)循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，無紙記錄儀發(fā)出信號(hào)以控制石墨烯加熱涂層和帕爾貼制冷器實(shí)時(shí)啟停：當(dāng)恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，石墨烯涂加熱層開始對(duì)循環(huán)介質(zhì)（水）進(jìn)行加熱；當(dāng)恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，帕爾貼制冷器對(duì)循環(huán)介質(zhì)（水）進(jìn)行冷卻，被冷卻的循環(huán)介質(zhì)（水）在循環(huán)微泵的作用下在管路內(nèi)部循環(huán)，使恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度降低。通過石墨烯加熱涂層和帕爾貼制冷器的交替工作，可實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫試驗(yàn)容器內(nèi)循壞介質(zhì)（水）的恒溫控制。同時(shí)，在試驗(yàn)平臺(tái)上安裝增壓系統(tǒng)，以給恒溫試驗(yàn)容器提供一定的壓力，模擬主動(dòng)保溫系統(tǒng)在高壓工況下的工作情況和恒溫效果，從而探索溫度和壓力的耦合關(guān)系�；赑ID溫度控制算法，無紙記錄儀可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和儲(chǔ)存。主動(dòng)保溫系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖如圖9所示。4.2 可行性試驗(yàn)開展

1）制冷工況。試驗(yàn)時(shí)室溫為28.2℃，循環(huán)介質(zhì)（水）的初始溫度為29.3℃，體積為580 m L；循環(huán)微泵的流量為6 L/min；設(shè)定制冷至21℃。由圖10所示的循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度—時(shí)間曲線可知，帕爾貼制冷器在0～15 min的制冷效果較為明顯，降溫速率達(dá)到0.4℃/min；經(jīng)過40 min的制冷后，在最后的15 min內(nèi)管路中循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度基本不變，維持在21℃左右。2）加熱工況。使用石墨烯加熱涂層加熱恒溫試驗(yàn)容器中的循環(huán)介質(zhì)（水），得到循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度—時(shí)間曲線，如圖11所示。調(diào)節(jié)無紙記錄儀設(shè)定需要的恒定溫度，并使石墨烯加熱涂層開始加熱，達(dá)到設(shè)定溫度后繼續(xù)測(cè)定20 min內(nèi)循環(huán)介質(zhì)（水）的溫度變化情況，然后繼續(xù)下一設(shè)定溫度的測(cè)試。

【參考文獻(xiàn)】：
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