CN105606511B - 深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水文地质、地球科学、环境科学与工程研究技术领域，提供了一种深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，安全性高，装置简单。所述深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，包括依次串联连接的水箱、增压泵、单向阀、安全阀、具有特殊法兰结构的含水层介质柱、针形阀以及取样装置，具有特殊法兰结构的含水层介质柱至于恒温控制单元工作室内进行控温。使用本装置具有如下效果：实验装置设计简单、易操作和方便维护，温度和水压控制精确、方便调节，装置能模拟的最大水压为10MPa，适用于4~65°C、pH6.5~9的实验环境，可有效模拟深层地下水的水压和低温地热环境、长期稳定操作，并不受环境温度条件的限制。
Description
技术领域
本发明属于水文地质、地球科学、环境科学与工程研究技术领域，特别涉及一种在低温地热、高水压作用下，溶质在深层地下水中迁移转化的一维模拟装置。
背景技术
地下水是我国工业、农业、生活用水的重要水源，不合理的开发利用引起的地下水位不断下降以及地下水赋存环境的改变，使得地下水水质问题正在由浅层向深层转移。溶质的室内土柱模拟实验是研究地下水中溶质迁移转化机理的重要研究手段，目前已有的一维土柱模拟实验装置多局限于浅层地下水中温度和水压条件的模拟。例如，李辉等人设计的“地下水中挥发性有机污染物迁移转化模拟装置及应用”， 采用室温22°C，通过调节水箱和柱体间的水头差来模拟地下10m范围内的水力条件来研究有机污染物的运移规律；和树庄等人设计的“地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法”，适用于温度4~45°C、常压的试验环境，所述45°C的温度条件主要是通过环境温度进行调节，装置本身不带温控设施。
从前人的研究中反映出目前的地下水中溶质的一维模拟装置存在如下缺陷：其一现阶段所使用的土柱装置，例如马传明等人设计的“温控-压控地下水越流污染模拟系统”，虽然能通过水浴加热的方式进行温度的调节，但是土柱装置、进样管道均需设计为双层管道，水箱也需设计为带有夹套的箱体，以便恒温水能通过在土柱外管、水箱夹套进行循环流动的方式对内管、土柱内的研究物质进行间接换热达到温控的目的，土柱装置设计结构复杂、投资大，并且需要向水浴加热器中定期补水，操作过程繁琐、装置不易维护易损坏，限制了在室内污染模拟中的应用。其二现阶段所使用的土柱装置虽然带有压控装置可精确控压，但是并未明确所能模拟的最大水压，例如马传明等人设计的“温控-压控地下水越流污染模拟系统”，因为设计土柱材料为有机玻璃管，模拟环境局限于常压、低承压的水力条件，所模拟的多为包气带、埋深小于200m的地下水环境系统，模拟装置不能承受高水压如5MPa的压力；其三现阶段所使用的土柱装置，柱体法兰多为平面设计，法兰间的内衬密封垫为纯橡胶材质，耐受不了高水压的作用，易漏水和损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下水中最大水压达到10MPa时溶质迁移转化的模拟系统，该系统解决了上述背景技术中的不足，以克服现有技术存在的上述缺陷，能够实现深层地下水中高水压、65°C的低温地热条件的模拟，并可满足模拟包气带、浅层地下水的水压、水温条件。实验装置设计简单，易操作，温度和压力控制精确，安全性高，从而满足了室内模拟深层地下水中溶质迁移转化所需的条件。
所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，包括水箱、增压泵、单向阀、安全阀、含水层介质柱、针形阀、恒温控制单元以及取样装置，所述含水层介质柱及其和增压泵间的部分连接管道置于恒温控制单元工作室内进行控温，含水层介质柱中装填有含水介质、在柱体两端装填有石英砂，含水层介质柱两端柱体内装有一定厚度的滤毡。
所述的恒温控制单元主要通过将工作室内空气经加热或制冷，经风机强制循环，在工作室内与含水层介质柱及输送管道间进行均匀的热量交换，并通过数显温控仪表配套电路控制部件对箱体内的温度进行检测及调节的方式进行控温，在箱体外壳及工作室侧壁开孔作为增压泵和恒温控制单元工作室内含水层介质柱连接管道的通道，含水层介质柱的进样支管、出样支管上分别安装有温度传感器，可通过温度显示电路控制部件及时监控模拟含水层介质柱进样及出样的温度。
所述的恒温控制单元设有超温报警装置，密闭箱体工作室和外壳均为不锈钢板材料，箱体工作室和外壳间填充有硅棉或珍珠岩做保温材料，箱内工作室底部设有不锈钢承重层，密闭箱体外壳底部四个角安装有轮子及脚刹，可方便移动并可固定。
所述柱体法兰设置有凹槽，法兰盖设置有凸槽，法兰盖的凸槽应能紧密嵌入凹槽内，法兰凹槽底部装有金属缠绕垫圈，法兰凹槽、法兰盖凸槽应与所在法兰或法兰盖一次成型。柱体法兰和法兰盖采用螺栓连接，柱体、法兰、法兰盖进样、出样支管均为耐高压防腐不锈钢材料，可有效防止高水压作用下在法兰、螺栓连接处的漏水及法兰变形、开裂。
增压泵出口安装单向阀，防止高压液体回流至增压泵内，含水层介质柱法兰盖中心的进样支管上安装有安全阀和压力表，含水层介质柱法兰盖中心的出样支管上安装有压力表和针型阀，增压泵和含水层介质柱进样支管间的连接管道、含水层介质柱法兰出样支管与取样装置间的连接管道均为耐高压橡胶软管，含水层介质柱中水流的达西流速小于1cm/h。
所述含水介质为研究区地下含水层的岩土，通过温控和压控装置所述的模拟装置提供了一种在4~65°C、最大水压10MPa、pH6.5~9条件下，特别是深层地下水中水溶性无机、有机溶质或污染物迁移转化研究的新装置，该装置也可做为研究污染物在包气带、浅层地下水中迁移转化的模拟装置。
本发明所提供的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置与现有技术相比有以下优点：一是设计提出了将含水层介质柱至于恒温控制单元工作室内通过热风或冷风在工作室内循环的方法，来满足模拟实验中含水层介质柱内温度的要求，装置设计简单，操作维护方便，二是对含水层介质柱法兰结构进行了优化设计，将现有使用的法兰平面结构改为带有凹、凸槽的立体结构，通过法兰凹槽、法兰盖凸槽的嵌入式连接、法兰凹槽内装填金属缠绕垫圈、螺栓紧固等措施，有效防止高水压作用下的法兰开裂、变形、漏液等问题，三是解决了现有常规使用的土柱装置法兰橡胶密封圈易变形、不能耐受高压的问题，通过安装增压泵并采用安全阀调节水压、针形阀控制流速，含水层介质柱能够承受的最大水压为10MPa。
附图说明
附图1为本发明的整体结构示意图。
附图2为本发明的恒温控制单元的内部结构示意图。
附图3为本发明的含水介质柱法兰结构示意图。
附图4为本发明的含水介质柱法兰盖底部俯视图。
附图5为本发明的含水介质柱法兰俯视图。
图中：1-水箱，2-硅胶软管，3-增压泵，4-单向阀，5-安全阀，6-高压橡胶软管，7-法兰盖进样支管，8-压力表， 9-含水层介质柱支架，10-压力传感器，11-压力显示电路控制部件，12-含水层介质柱，13-含水介质，14-石英砂，15-法兰盖出样支管，16-针型阀，17-高压橡胶软管，18-压力表，19-取样装置，20-滤毡，21-柱体法兰，22-温度传感器，23-恒温控制单元工作室内循环风进口，24-温度显示电路控制部件，25-数显温控仪表，26-恒温控制单元箱体外壳，27-恒温控制单元箱体保温层，28-恒温控制单元工作室，29-恒温控制单元箱体工作室底部承重层，30-轮子及脚刹，31-恒温控制单元箱体侧壁钻孔，32-恒温控制单元箱体工作室内温度传感器，33-恒温控制单元箱体门把手，34-风机，35-电加热器，36-制冷压缩机，37-恒温控制单元工作室背板，38-恒温控制单元工作室内循环风出口，39-恒温控制单元箱体门，40-恒温控制单元工作室底板，41-恒温控制单元工作室顶板，42-柱体法兰凹槽，43-螺栓，44-金属缠绕垫圈，45-法兰盖凸槽，46-法兰盖，47-含水介质柱柱体法兰内壁，48-螺栓孔，49-法兰盖中心钻孔。
具体实施方式
参见图1和图2，所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，包括水箱1、增压泵3、单向阀4、具有特殊法兰结构的含水层介质柱12、安全阀5、恒温控制单元、针型阀16、压力表8和18、温度传感器22、温度显示电路控制部件24、压力传感器10、压力显示电路控制部件11、滤毡20及取样装置19，将装填有含水介质13的模拟柱至于恒温控制单元的工作室28内，水箱1、增压泵3、含水层介质柱12、取样装置19之间通过管道进行串联连接，其中水箱1和增压泵3间的连接管道为硅胶软管2，增压泵3、含水层介质柱12、取样装置19间的连接管道6、17为高压橡胶软管，以满足模拟实验中低的水流流速及高水压的条件要求，含水层介质柱12中装填有石英砂14、含水介质13以及滤毡20。
参见图1和图2，恒温控制单元温控范围为4℃～65℃，可至少连续工作9999h，主要由风机34、电加热器35、制冷压缩机36、工作室28、数显温控仪表25、温度传感器32、箱体外壳26、保温层27、箱体底部的轮子及脚刹30、温度传感器22及温度显示电路控制部件24组成，其中风机34、电加热器35、制冷压缩机36位于工作室背板37和箱体外壳26夹层中，数显温控仪表25至于箱门上端可方便操作、便于观察的位置，温度传感器32探头伸入工作室28内可及时感应箱体工作室28内温度并可通过数显温控仪表25及时调节工作室28内温度。密闭箱体工作室28和外壳26均为不锈钢板材料，箱体工作室28和外壳26间填充有保温材料硅棉或珍珠岩，箱内工作室底板40设有不锈钢承重层29，密闭箱体外壳底部四个角安装有轮子及脚刹30，可方便移动并可随时固定。箱门口镶嵌耐高温胶条，密封性好，防止热量散失。恒温控制单元箱体侧壁钻孔31，孔径10～20mm，作为连接增压泵3和恒温控制单元工作室28内含水层介质柱12的高压橡胶软管的通道。含水层介质柱法兰盖进样支管7、出样支管15上分别安装有温度传感器22，可通过温度显示电路控制部件24及时监控模拟含水层介质柱12进样及出样的温度。
参见图1和图2，采取将含水层介质柱12置于配套尺寸的恒温控制单元密闭箱体工作室28内，工作室28内空气经加热或制冷，经风机34强制循环，在工作室28内与含水层介质柱12及输送管道间进行均匀的热量交换，并通过数显温控仪表25配套电路控制部件对箱体工作室28内的温度进行检测及调节，当工作室28内温度超过设置温度时，超温报警装置开始鸣叫可及时调节温度，当工作室28内温度低于设置温度时，电加热器35、风机34开始工作，直至工作室28内温度升为设定值，当设置温度低于环境温度时，制冷压缩机36、风机34开始工作，直至工作室28内温度降为设定值，当工作室28内温度达到设定值时，电加热器35、风机34、制冷压缩机36停止工作，增压泵3和恒温控制单元工作室28内含水层介质柱12间的连接管道长度应大于1m，确保目标溶液在进入含水层介质柱12前被加热或冷却到要求温度。
参见图1和图3，所述的含水层介质柱12为圆柱形，柱筒壁厚8～12mm，内径50～100mm，长度500～1000mm，柱体两端设法兰21，法兰21内径和柱筒12内径相等，柱体法兰21和法兰盖46通过螺栓43密封连接以使填充有岩土介质的含水层介质柱内能模拟地下水的还原环境。法兰盖46中心处设进样支管7或出样支管15，含水层介质柱12柱筒、法兰21、法兰盖46及与法兰盖连接进（出）样支管7（15）均为耐高压防腐不锈钢材料。
参见图3、图4和图5，与法兰盖46连接的柱体法兰21上设置有一定宽度的凹槽42，要求法兰凹槽外径小于螺栓处的法兰直径，与柱体法兰21连接的法兰盖46设有凸槽45，应确保法兰盖凸槽45紧密嵌入法兰凹槽42后凹槽内没有缝隙，法兰盖凸槽45的厚度（H）至少应与法兰凹槽42的深度（H´）相等，且不大于1.3 H´。法兰凹槽42底部装有金属缠绕垫圈44，金属缠绕垫圈44的厚度小于法兰凹槽42的深度，可以有效防止漏液，法兰凹槽42、法兰盖凸槽45与所在法兰21或法兰盖46应为一次成型，非焊接或粘接组成，能有效防止高水压作用下在法兰21、法兰盖46、螺栓43连接处的漏液、变形、开裂。
参见图4和图5，含水层介质柱法兰21、46分别在相同位置处均匀分布有八个螺栓孔48，可保证螺栓43紧固时法兰21受力均匀，防止变形和漏液，螺栓孔径20～40mm，法兰盖46中心钻孔49，并焊接有进样支管7或出样支管15，进样支管7、出样支管15内径为6～10mm，壁厚3～4mm，长40～60mm，法兰盖中心钻孔49直径和进样支管7或出样支管15内径相等，可确保模拟装置能耐受高水压的作用及满足含水层介质柱中目标溶液的低流量通量要求，进样支管7、出样支管15可方便和高压橡胶软管连接，柱体法兰21、法兰盖46厚度不小于35mm，保证法兰具有较强的抗压、抗变形能力。
含水层介质柱12中装填有含水介质13，所述含水介质13为研究区地下水含水层的岩土介质，如地下500m埋深处取得的岩芯，经过风干、粉碎，过2mm的筛子，均匀填充于柱内，可有效模拟溶质在含水介质13中的迁移转化过程。含水介质13两端装填有20～50mm厚的石英砂14，起到均匀布液的作用，在石英砂14和法兰盖46间放置5～7mm厚度的滤毡20（滤毡20直径等于含水层介质柱内径），防止试验用岩土介质颗粒堵塞进样或出样口。
增压泵3配有变频设施可对流量进行调节，流量可调范围0～10mL/min，增压泵3出口管上安装单向阀4，防止溶液倒流，调节含水层介质柱法兰盖46的进样支管7上的安全阀5，通过观察进样支管7的压力表8读数，调节压力到要求值，要求进液的最大水压不大于10MPa，出样支管15处设有压力表18和针型阀16，针型阀16可在高水压作用下对出流流速进行有效控制和调节，含水层介质柱上有压力传感器10，并通过压力显示电路控制部件11显示水压，整套装置可实现对含水层介质柱12的进水、出水及含水层介质柱12内的水压的实时监控。
在4~65°C、常压~10MPa、pH6.5~9的条件下，水箱中配置的目标水溶液中溶质的物理、化学性质稳定、不易挥发，取样装置19可以根据实验要求至于恒温控制单元工作室外或工作室内，可在常温、常压下对取样装置中的样品进行含量的测试。
在进行深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟实验时，按照以下步骤进行。
实验前先将水箱1和含水层介质柱进样口7间采用硅胶软管2连接，向水箱1中投加去离子水，从填充好的含水层介质柱12底端法兰进样支管7输入去离子水进行排气饱水，水箱1水面的高度应高于含水层介质柱出样支管15的高度，确保含水层介质柱12内含水介质13能完全排气饱水。
将排气饱水后的含水层介质柱12至于恒温控制单元工作室内的支架9上，将水箱1、增压泵3采用硅胶管2连接好，增压泵3和含水层介质柱法兰盖进样支管7间采用高压橡胶软管6连接，增压泵3和含水层介质柱12的安装位置可根据具体情况进行调节，含水层介质柱出样支管15和取样装置19间采用高压橡胶软管17连接，增压泵3和含水层介质柱进样支管间的连接管道在恒温控制单元工作室内的长度大于1m。
关闭出样支管15上的阀门16，按照设定好的温度启动恒温控制单元，同时启动增压泵3向含水层介质柱12中加压，通过调节安全阀5，观察压力表8、温度显示电路控制部件24的读数，待水压、水温达到设定值并稳定后，阀门16开启，调节流量到设定值，控制含水层介质柱12中出流的达西流速在0.1～1cm/h范围内的要求值，继续通入去离子水，待出水电导率波动范围在±10µs/cm、温度波动范围在±1°C、且流量稳定时，表明所模拟的地下水流已形成稳定的流场并且岩土介质中的杂质被淋出。
水箱中改为目标溶质，通过微调安全阀5，保证进样支管7上的压力表8的读数稳定在要求值，并及时监控压力表8、18、压力控制仪表11的水压和温度显示电路控制部件24的温度情况，按照设置好的时间进行取样测试，即可获得模拟的深层地下水中溶质在时间和空间上的分布和变化规律。
本装置具有如下效果：能有效模拟高水压-低温地热的环境，安全性高，含水介质柱法兰处不易变形、漏水，结构简单，操作简便，投资小，实验模拟可不受室温、季节温度的限制。在没有超出本申请精神和实质的各种修正、变形和替换都落入到本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：至少包括水箱(1)、增压泵(3)、单向阀(4)、具有特殊法兰结构的含水层介质柱(12)、安全阀(5)、针型阀(16)、恒温控制单元、压力表(8)(18)、温度传感器(22)、温度显示电路控制部件(24)、压力传感器(10)、压力显示电路控制部件(11)、滤毡(20)以及取样装置(19)，将装填有含水介质(13)的模拟柱置于恒温控制单元的工作室(28)内，水箱(1)、增压泵(3)、含水层介质柱(12)、取样装置(19)之间通过管道进行串联连接，其中水箱(1)和增压泵(3)间的连接管道为硅胶软管(2)，增压泵(3)、含水层介质柱(12)、取样装置(19)间的连接管道(6)、(17)为高压橡胶软管，含水层介质柱(12)中装填有石英砂(14)、含水介质(13)以及滤毡(20)；含水层介质柱(12)为圆柱形，柱筒壁厚8～12mm，内径50～100mm，长度500～1000mm，柱体两端设法兰(21)，法兰(21)内径和含水层介质柱(12)柱筒内径相等，法兰(21)和法兰盖(46)通过螺栓(43)进行密封连接，法兰盖(46)中心处设进样支管(7)或出样支管(15)，含水层介质柱(12)柱筒、法兰(21)、法兰盖(46)及与法兰盖连接的进样支管(7)和出样支管(15)均为耐高压防腐不锈钢材料；与法兰盖(46)连接的柱体法兰(21)设置有凹槽(42)，凹槽外径小于螺栓处的法兰直径，与柱体法兰(21)连接的法兰盖(46)设有凸槽(45)，法兰盖凸槽(45)紧密嵌入法兰凹槽(42)后凹槽内没有缝隙，法兰盖凸槽(45)的厚度至少与法兰凹槽(42)的深度相等，且不大于1.3倍的法兰凹槽(42)的深度，法兰凹槽(42)底部装有金属缠绕垫圈(44)，金属缠绕垫圈(44)的厚度小于法兰凹槽(42)的深度，法兰凹槽(42)、法兰盖凸槽(45)与所在法兰或法兰盖为一次成型，非焊接或粘接组成。
2.根据权利要求1所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：恒温控制单元温控范围为4～65℃，可至少连续工作9999h，主要由风机(34)、电加热器(35)、制冷压缩机(36)、工作室(28)、数显温控仪表(25)、恒温控制单元箱体工作室内温度传感器(32)、箱体外壳(26)、保温层(27)、箱体底部的轮子及脚刹(30)、温度传感器(22)及温度显示电路控制部件(24)组成，其中风机(34)、电加热器(35)、制冷压缩机(36)位于工作室背板(37)和箱体外壳(26)夹层中，数显温控仪表(25)置于箱门上端，恒温控制单元箱体工作室内温度传感器(32)探头伸入工作室(28)作为测温装置，密闭箱体工作室(28)和外壳(26)均为不锈钢板材料，箱体工作室侧壁和外壳间为保温层(27)，填充有硅棉或珍珠岩，箱内工作室底板(40)设有不锈钢承重层(29)，密闭箱体外壳底部四个角安装有轮子及脚刹30，可方便移动并可随时固定，箱门口镶嵌耐高温胶条，恒温控制单元箱体侧壁钻孔(31)，孔径10～20mm，含水层介质柱法兰盖的进样支管(7)、出样支管(15)上分别安装有温度传感器(22)，通过温度显示电路控制部件(24)及时监控模拟含水层介质柱(12)进样及出样的温度。
3.根据权利要求1所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：采取将含水层介质柱(12)置于配套尺寸的恒温控制单元密闭箱体工作室(28)内，工作室(28)内加热或制冷后的空气经风机(34)强制循环，在工作室(28)内与含水层介质柱(12)及输送管道间进行均匀的热量交换，并通过数显温控仪表(25)配套电路控制部件对箱体工作室(28)内的温度进行检测及调节，当工作室(28)内温度超过设置温度时，超温报警装置开始鸣叫并及时调节温度，当工作室(28)内温度低于设置温度时，电加热器(35)、风机(34)开始工作，当设置温度低于环境温度时，制冷压缩机(36)、风机(34)开始工作，当工作室(28)内温度达到设定值时，电加热器(35)、风机(34)、制冷压缩机(36)停止工作，增压泵(3)和恒温控制单元工作室(28)内含水层介质柱(12)间的连接管道长度大于1m。
4.根据权利要求1所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：含水层介质柱法兰(21)、法兰盖(46)分别在相同位置处均匀分布有八个螺栓孔(48)，孔径20～40mm，法兰盖(46)中心钻孔(49)，并焊接有进样支管(7)或出样支管(15)，进样支管(7)、出样支管(15)内径6～10mm，壁厚3～4mm，长40～60mm，钻孔(49)直径和进样支管(7)或出样支管(15)内径相等，柱体法兰(21)、法兰盖(46)厚度不小于35mm。
5.根据权利要求1所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：所述含水介质(13)为研究区地下水含水层岩土介质，经过自然风干后，粉碎过2mm筛，作为含水层介质柱(12)的填充样品，含水介质(13)两端分别填充20～50mm厚的石英砂(14)，在石英砂(14)和法兰盖(46)间放置厚度为5-7mm的滤毡(20)。
6.根据权利要求1所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：增压泵(3)可对流量进行调节，流量可调范围0～10mL/min，增压泵(3)出口管上安装单向阀(4)，含水层介质柱法兰盖(46)中心的进样支管(7)上安装有安全阀(5)、压力表(8)，含水层介质柱进样支管(7)进液的最大水压为10Mpa，出样支管(15)处设有压力表(18)和针型阀(16)，含水层介质柱上有压力传感器(10)，并通过压力显示电路控制部件(11)显示水压。
7.根据权利要求1所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：在4～65℃、常压～10MPa、pH6.5～9的条件下，水箱中配置的目标水溶液中溶质的物理、化学性质稳定，不易挥发，可在常温、常压下对取样装置(19)中的样品进行含量的测试。
8.根据权利要求1-7任一项所述的深层地下水中溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：所述装置用于模拟深层地下水中温度在4～65℃、最大水压10MPa、pH6.5～9的条件下溶质迁移转化，所述装置也可作为研究污染物在包气带、浅层地下水中迁移转化的模拟装置。
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|---|---|---|---|---|
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| CN114674880B (zh) * | 2022-03-11 | 2022-11-04 | 中国地质大学（武汉） | 一种模拟岩溶间污染物迁移-扩散过程的装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN88211655U (zh) * | 1988-04-18 | 1988-12-28 | 上海市兴塔农业仪器设备厂 | 具有光照装置的双温度控制恒温箱 |
| CN103279158A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-09-04 | 中国地质大学（武汉） | 温控-压控地下水越流污染模拟系统 |
| CN103345278A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-09 | 葛洲坝集团试验检测有限公司 | 常水头大流量渗透变形水压力自动控制装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19907461C1 (de) * | 1999-02-13 | 2000-11-16 | Ufz Leipzighalle Gmbh | Meßeinrichtung zur Untersuchung des Migrationsverhalten von Gasen in Böden |
| CN101458247B (zh) * | 2009-01-06 | 2012-10-03 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 微生物地下水渗流阻塞观测的方法及装置 |
| CN201436522U (zh) * | 2009-05-19 | 2010-04-07 | 北京福意电器有限公司 | 一种冷热恒温箱 |
| CN101871876B (zh) * | 2010-06-09 | 2011-08-31 | 中国矿业大学 | 可视化多功能裂隙渗流模拟实验台 |
| CN202102631U (zh) * | 2011-01-18 | 2012-01-04 | 中国地质大学（北京） | 一种地质埋存条件下co2迁移物理模拟平台 |
| CN102161401B (zh) * | 2011-02-16 | 2013-10-16 | 青岛澳柯玛股份有限公司 | 一种恒温箱 |
| CN102435541A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-05-02 | 东南大学 | 一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置 |
| CN103424341A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-12-04 | 河海大学 | 一种土壤污染物迁移模拟装置 |
| CN103808633B (zh) * | 2013-12-26 | 2016-08-31 | 山东科技大学 | 一种采动破碎岩体水砂运移试验系统及监测方法 |
| CN103691496A (zh) * | 2013-12-28 | 2014-04-02 | 苏州市东华试验仪器有限公司 | 一种节能恒温恒湿试验箱 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN88211655U (zh) * | 1988-04-18 | 1988-12-28 | 上海市兴塔农业仪器设备厂 | 具有光照装置的双温度控制恒温箱 |
| CN103279158A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-09-04 | 中国地质大学（武汉） | 温控-压控地下水越流污染模拟系统 |
| CN103345278A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-09 | 葛洲坝集团试验检测有限公司 | 常水头大流量渗透变形水压力自动控制装置 |
Non-Patent Citations (1)
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