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海洋天然氣水合物動(dòng)力學(xué)三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng) 海洋天然氣水合物動(dòng)力學(xué)三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，主要用于模擬天然氣水合物成因，研究水合物動(dòng)力學(xué)以及地下烴氣水合物作為一種潛在的有用礦物及其在組成上的不穩(wěn)定性。也可用于研究水合物成核機(jī)制、水合物生長(zhǎng)條件和穩(wěn)定存在的環(huán)境等與沉積成因、巖石成因、地下水和熱場(chǎng)形成的某些特性。
主要用于對(duì)含水合物沉積物進(jìn)行動(dòng)靜三軸試驗(yàn)，能對(duì)未分解的水合物地層試樣施加不同的動(dòng)靜載荷，并測(cè)出應(yīng)力、應(yīng)變及孔壓、圍壓，從而對(duì)含水合物沉積物的有關(guān)性能指標(biāo)的變化規(guī)律做出定量的判斷。也測(cè)定土在低溫環(huán)境下的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，也用于測(cè)定細(xì)粒土和沙土的總、抗剪強(qiáng)度和有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)。根據(jù)排水條件的不同應(yīng)能完成以下試驗(yàn)：
1、等速率應(yīng)力控制加載試驗(yàn)；
2、等速率應(yīng)變控制加載試驗(yàn)；
3、應(yīng)力循環(huán)加載試驗(yàn)；
4、環(huán)境低溫試驗(yàn)；
5、動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)。
本試驗(yàn)系統(tǒng)采用力創(chuàng)公司獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局保護(hù)的專利技術(shù)（專利號(hào)：0326278812）——微機(jī)控制電液伺服動(dòng)態(tài)（疲勞）試驗(yàn)控制技術(shù)為核心的多通道電液伺服控制器（DSP Trier 6202），系統(tǒng)穩(wěn)定、性能卓越，與同步，操作簡(jiǎn)單。
試驗(yàn)軟件在WINDOWS/XP中文環(huán)境下工作，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)存盤，顯示、打印符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)成組試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)曲線、試驗(yàn)報(bào)告，是廣泛適用于科研院所、冶金建筑、國(guó)防人防、大專院校、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)理想的高性價(jià)比的試驗(yàn)設(shè)備。
1、軸向激振最大動(dòng)態(tài)負(fù)荷：±200kN
1.1 平均負(fù)荷波動(dòng)度：優(yōu)于±1%；
1.2 負(fù)荷振幅波動(dòng)度：優(yōu)于±2%。
2、 軸向激振靜態(tài)最大負(fù)荷：0—250kN
2.1 靜態(tài)負(fù)荷精度：優(yōu)于±0.5%；
2.2 負(fù)荷分檔：1、 2、5、10三檔 。
3、軸向變形：軸向靜應(yīng)變速度可調(diào)（范圍為 : 0.01mm/min—5mm/min）；軸向靜應(yīng)力速度可調(diào)（范圍為 :1 MPa/min—3 MPa/min）。
3.1 變形精度：優(yōu)于±0.5%;
3.2 變形量程：0—50 mm;
3.3 應(yīng)變測(cè)量可達(dá)：10-4.
4、軸向激振器位移：
4.1行程：±75mm;
4.2位移傳感器總量程：150 mm;
4.3 位移精度：優(yōu)于±0.5% 。
5、試樣尺寸：φ50×100mm；φ61.8×120mm；
6、試驗(yàn)波形：正弦波、三角波、方波.
7、軸向激振頻率：0-10Hz.
8、三軸壓力室圍壓壓力：35Mpa，準(zhǔn)確度優(yōu)于1%F.S.
9、孔壓測(cè)量范圍：30Mpa ,準(zhǔn)確度優(yōu)于1%F.S。
10、氣體流入、流出水合沉淀物試樣測(cè)量范圍：0—10Mpa。
11、油源系統(tǒng)總流量30L/min。系統(tǒng)壓力為21MPa。
12、試驗(yàn)測(cè)量控制系統(tǒng)
多通道多參數(shù)全數(shù)字閉環(huán)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PIDL值，采用高分辨率的反饋采樣和信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)，所有通道（σ1、σ3、ε1）均以5kHz速率進(jìn)行同步反饋和數(shù)據(jù)采集。
可選擇力（應(yīng)力）、變形（應(yīng)變）、位移等多種伺服閉環(huán)控制方式；在力（應(yīng)力）、變形（軸向應(yīng)變）、位移、圍壓多種控制方式之間的平穩(wěn)圓滑切換。
13、 計(jì)算機(jī)全數(shù)字顯示σ1、σ3、ε1、T等多個(gè)工程量，多通道并行獨(dú)立完成測(cè)量、顯示、控制任務(wù)。
14、低溫環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)
14.1 試驗(yàn)環(huán)境溫度：-50℃——室溫；
14.2 溫度測(cè)量精度：±0.5℃；
14.3 溫度梯度：100mm標(biāo)距內(nèi)不大于1℃。
15、試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)能自動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度、能夠自動(dòng)調(diào)零。
16、試驗(yàn)條件、參數(shù)設(shè)置和試驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)存盤。
17、試驗(yàn)控制軟件，在Windows環(huán)境下運(yùn)行，界面友好，操作簡(jiǎn)單，能完成試驗(yàn)條件、試樣參數(shù)等的設(shè)置以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)能以多種文件格式保存，試驗(yàn)結(jié)束后數(shù)據(jù)可導(dǎo)入在Word、Excel等多種軟件下，進(jìn)行處理，試驗(yàn)完成后可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并打印出試驗(yàn)報(bào)告。
18、系統(tǒng)具有過載、破壞保護(hù)、次數(shù)設(shè)定功能。
成果：本試驗(yàn)系統(tǒng)通過一系列模擬試驗(yàn)，研究了甲烷水合物生成過程、動(dòng)力學(xué)影響因素及其二氧化碳水合物的成核過程。 甲烷水合物生成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,高頻振動(dòng)對(duì)縮短甲烷水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間、加快水合物生成速率具有明顯的促進(jìn)作用。水合物生成反應(yīng)中溫度上升和瞬時(shí)流速增高與高頻振動(dòng)時(shí)間有非常好的對(duì)應(yīng)。溫度和壓力是影響水合物生成的重要影響因素。在甲烷+天然海水體系和甲烷+天然海水+多孔介質(zhì)兩個(gè)體系內(nèi)進(jìn)行的等壓變溫和等溫變壓實(shí)驗(yàn)表明,甲烷水合物在低溫高壓的環(huán)境下生成速率快,水合物純度高?；诹椒秶?/span>125-700μm的四種多孔介質(zhì)的甲烷水合物生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,較粗粒徑的多孔介質(zhì)引起的孔隙間毛細(xì)作用對(duì)甲烷水合物不會(huì)產(chǎn)生明顯的阻礙作用,但計(jì)算結(jié)果表明,孔徑粒徑小于60nm的多孔介質(zhì)會(huì)阻礙甲烷水合物的生成。對(duì)甲烷水合物在天然海水+多孔介質(zhì)體系中生成時(shí)的排鹽效應(yīng)研究表明,排鹽效應(yīng)的強(qiáng)弱主要由反應(yīng)的物質(zhì)供給量決定,甲烷氣體的供給量越多排鹽效應(yīng)越強(qiáng)。受排鹽效應(yīng)影響的六種主要離子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、Cl~-)中,Na~+、Ca~(2+)離子濃度變化較大,K~+變化最小。使用電阻法對(duì)二氧化碳水合物的成核過程分析發(fā)現(xiàn),水合物成核過程會(huì)引起體系內(nèi)電阻增大。阻抗與溫度、成核速率有如下關(guān)系: 此外,在二氧化碳水合物成核過程研究中發(fā)現(xiàn)形成水合物的水分子具有記憶效應(yīng),在相同實(shí)驗(yàn)條件下使用同一分水樣反復(fù)生成水合物時(shí)反應(yīng)的誘導(dǎo)時(shí)間越來越短。
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