RU2698976C1 - Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin - Google Patents

Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin Download PDF

Info

Publication number
RU2698976C1
RU2698976C1 RU2018138855A RU2018138855A RU2698976C1 RU 2698976 C1 RU2698976 C1 RU 2698976C1 RU 2018138855 A RU2018138855 A RU 2018138855A RU 2018138855 A RU2018138855 A RU 2018138855A RU 2698976 C1 RU2698976 C1 RU 2698976C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
sea
tank
samples
water
Prior art date
Application number
RU2018138855A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Алексеевич Добродеев
Кирилл Евгеньевич Сазонов
Равиль Исмаилович Кильдеев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority to RU2018138855A priority Critical patent/RU2698976C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2698976C1 publication Critical patent/RU2698976C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00—Producing ice
    • F25C1/12—Producing ice by freezing water on cooled surfaces, e.g. to form slabs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C5/00—Working or handling ice
    • F25C5/20—Distributing ice

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention relates to experimental studies of the effect of ice on marine structures, concerns the provision of laboratory sea-ice samples preparation and testing and solves the task of providing significant reduction of labor and energy costs when preparing medium-sized samples of laboratory sea ice and conducting a series of its experimental studies and criteria of destruction. For this purpose, in the device for preparation of medium-scale samples of laboratory sea ice and conducting a series of experimental studies of its properties and criteria of destruction, including a closed room with a reservoir located in it, filled with sea water, which is frozen for ice preparation, and equipped with a cooling and ventilation system and a fine spraying nozzle connected to the fresh water source, providing adjustment of ice crystallization nuclei size, according to the invention, the reservoir for filling with sea water is made in the form of a reservoir made of stainless steel elongated mainly rectangular in the plan view, the length and width of which are determined by the transverse size and the required quantity of ice medium-scale samples, extracted from sea ice prepared in vessel under conditions of distribution of samples on tank surface so that distance from tank side to central axis of extracted sea ice samples, as well as between central axes of sea ice samples themselves is at least two transverse dimensions of sample. Height of the reservoir should be such that the water is filled with water at a depth which is 2 times greater than the thickness of the ice frozen in it. At the same time along the long side the reservoir is divided by a vertical partition fixed on its sides into two sections at ratio of 4:1, the larger of which is intended for freezing of laboratory ice, and smaller – for filling it with water to compensate for pressure during freezing of ice and preventing occurrence of internal stresses in ice. At that, the vertical partition is installed so that in the upper part of the reservoir there provided is non-transfer of water from the large section into the small one, and in the lower part – there was a gap between the lower end of the partition and the tank bottom, which is necessary for free movement of water between the sections. Surface of the reservoir, including the upper horizontal surface of the small section, is covered on the outer side with a heat-insulating layer of heat-insulating material located at distance from the walls of the reservoir by value from 5 to 10 cm, in the lumen between which a heating cable is laid. Besides, the heating cable is laid in the form of a snake or a spiral. Experience of using the proposed device for ensuring the performance of tests of medium-scale samples of laboratory sea ice has confirmed the expected characteristics and physical and mechanical properties of freezing ice, as well as suitability for analyzing strength properties and criteria of destruction.
EFFECT: disclosed is a device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области экспериментальных исследований воздействия льда на морские сооружения и касается вопроса обеспечения подготовки образцов лабораторного морского льда и их испытаний, а также разработки численного описания физико-механических свойств и критериев разрушения морского льда на основе экспериментальных данных с целью создания программного комплекса, предназначенного для оптимизации форм корпусов судов и опорных оснований буровых платформ.The invention relates to the field of experimental studies of the impact of ice on offshore structures and relates to the issue of providing preparation of laboratory sea ice samples and their testing, as well as developing a numerical description of the physico-mechanical properties and criteria for the destruction of sea ice based on experimental data with the aim of creating a software package designed for optimization of hull forms and support bases of drilling platforms.

Известны способ и устройство для моделирования ледяного покрова в ледовом опытовом бассейне (Патент РФ 2 535 398). Устройство позволяет приготовить образцы морского льда и провести исследования физико-механических свойств и критериев разрушения лабораторного морского льда. Оно содержит закрытое помещение с системой охлаждения и вентиляции, чашу бассейна большой площади для проведения модельных испытаний морских сооружений, заполненной переохлажденной соленой водой, и подсоединенную к источнику воды мелкодисперсионную форсунку, которая выполнена с возможностью регулирования размеров ядер кристаллизации льда - прототип.A known method and device for modeling ice cover in an ice test basin (RF Patent 2,535,398). The device allows you to prepare samples of sea ice and conduct research on the physico-mechanical properties and criteria for the destruction of laboratory sea ice. It contains an enclosed space with a cooling and ventilation system, a large-sized pool bowl for model testing of offshore structures filled with supercooled salt water, and a finely dispersed nozzle connected to a water source that is capable of regulating the sizes of ice crystallization nuclei - a prototype.

Однако, длительное намораживание лабораторного льда для приготовления среднемасштабных образцов, используемых при проведении экспериментальных исследований на такой большой площади, и необходимость изменения режимов намораживания требуют значительных энергетических расходов и существенных трудовых затрат, также при этом отсутствует возможность изменения в широком диапазоне солености воды бассейна по причине использования замкнутого контура водоснабжения. Причем часто отсутствует необходимость приготовления большого количества среднемасштабных образцов морского льда для их испытаний при неоправданном сохранении упомянутых расходов. Таким образом, приготовление в известной установке образцов морского моделированного льда с соблюдением режимов намораживания льда для их использования при серийных экспериментальных исследованиях свойств морского льда и критериев его разрушения связано с невозможностью оперативной смены режимов подготовки льда для получения серии образцов лабораторного морского льда с различными физико-химическими характеристиками и с достаточно большим объемом трудовых и энергетических затрат.However, the long-term freezing of laboratory ice for the preparation of medium-sized samples used in experimental studies on such a large area, and the need to change the freezing regimes require significant energy costs and significant labor costs, while there is no possibility of changes in a wide range of salinity of the pool water due to the use closed loop water supply. Moreover, there is often no need to prepare a large number of medium-sized samples of sea ice for their testing with unjustified preservation of the above costs. Thus, the preparation of samples of sea simulated ice in a known installation with observance of the ice freezing regimes for their use in serial experimental studies of the properties of sea ice and the criteria for its destruction is associated with the impossibility of promptly changing the ice preparation modes to obtain a series of laboratory sea ice samples with different physicochemical characteristics and with a sufficiently large volume of labor and energy costs.

Задачей предполагаемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего существенное сокращение трудовых и энергетических затрат при приготовлении среднемасштабных образцов лабораторного морского льда, проведение серии его экспериментальных исследований и критериев разрушения.The objective of the proposed invention is to provide a device that provides a significant reduction in labor and energy costs in the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice, a series of experimental studies and fracture criteria.

Для этого в устройстве для обеспечения приготовления среднемасштабных образцов лабораторного морского льда и проведения с их использованием серии экспериментальных исследований свойств льда и критериев разрушения, включающем закрытое помещение с расположенной в нем емкостью, заполняемой морской водой, намораживаемой для приготовления льда, и оснащенное системой охлаждения и вентиляции и соединенной с источником пресной воды мелкодисперсионной форсункой, обеспечивающей регулировку размера ядер кристаллизации льда, по изобретению емкость для заполнения морской водой выполнена в виде имеющего вытянутую, преимущественно прямоугольную, форму в плане резервуара из нержавеющей стали, длина и ширина которого определяются поперечным размером и необходимым количеством ледяных среднемасштабных образцов, извлекаемых из приготовленного в емкости морского льда при условии распределения образцов по поверхности емкости таким образом, чтобы расстояние от борта резервуара до центральной оси извлекаемых образцов морского льда, а также между центральными осями самих образцов морского льда составляло не менее двух поперечных размеров образца. Высота резервуара определяется условием, чтобы обеспечивалось заполнение водой емкости на глубину, в 2 раза превышающую толщину намораживаемого в ней льда. При этом по длинной стороне резервуар разделен закрепленной на его бортах вертикальной перегородкой на две секции в соотношении 4:1, большая из которых предназначена для намораживания лабораторного льда, а меньшая - для заполнения ее водой и компенсации давления при намораживании льда и предотвращения возникновения внутренних напряжений во льду. Причем вертикальная перегородка установлена таким образом, чтобы в верхней части резервуара обеспечивалось не перетекание воды из большой секции в малую, а в нижней - имелся зазор между нижним концом перегородки и днищем резервуара, необходимый для свободного движения воды между секциями. При этом поверхность резервуара, включая верхнюю горизонтальную поверхность малой секции, покрыта с внешней стороны теплоизолирующим слоем из теплоизоляционного материала, расположенным с отстоянием от стенок резервуара на величину от 5 до 10 см, а в просвете между которыми уложен греющий кабель. Кроме того, греющий кабель уложен в форме змейки или спирали.To do this, in a device for providing the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice and using them a series of experimental studies of ice properties and fracture criteria, including a closed room with a container located in it, filled with sea water, frozen for ice making, and equipped with a cooling and ventilation system and connected to a fresh water source with a fine nozzle for adjusting the size of the ice crystallization nuclei, according to the invention the container for filling with sea water is made in the form of an elongated, mainly rectangular, shape in terms of a stainless steel tank, the length and width of which are determined by the transverse size and the required number of medium-sized ice samples extracted from sea ice prepared in the tank, provided the samples are distributed over the surface of the tank so that the distance from the side of the tank to the central axis of the extracted sea ice samples, as well as between the central axes of the samples themselves in sea ice was at least two transverse dimensions of the sample. The height of the tank is determined by the condition that it ensures that the tank is filled with water to a depth 2 times the thickness of the ice frozen in it. Moreover, on the long side, the tank is divided by a vertical partition fixed on its sides into two sections in a ratio of 4: 1, the larger of which is designed to freeze laboratory ice, and the smaller one to fill it with water and compensate for pressure during freezing of ice and to prevent internal stresses ice. Moreover, the vertical partition is installed so that in the upper part of the tank, water does not flow from the large section to the small one, and in the lower part there is a gap between the lower end of the partition and the bottom of the tank, necessary for free movement of water between the sections. At the same time, the surface of the tank, including the upper horizontal surface of the small section, is covered on the outside with a heat-insulating layer of heat-insulating material, located at a distance from the tank walls by 5 to 10 cm, and a heating cable is laid in the lumen between them. In addition, the heating cable is laid in the shape of a snake or spiral.

Выполнение резервуара, заполняемого морской водой, из нержавеющей стали позволяет ему обладать высокой устойчивостью к коррозии в атмосфере и агрессивных средах, и обеспечить намораживание в нем льда с использованием морской воды, имеющей различные уровни солености. Высокая адгезия льда к нержавеющей стали сохраняет намороженное ледяное поле неподвижным при извлечении (выбуривании) образцов морского льда для исследования характеристик морского льда.The implementation of the tank, filled with sea water, stainless steel allows it to be highly resistant to corrosion in the atmosphere and aggressive environments, and to ensure freezing of ice in it using sea water with different salinity levels. High ice adhesion to stainless steel keeps the frozen ice field motionless while extracting (drilling) sea-ice samples to study sea-ice characteristics.

Выполнение же резервуара, имеющего вытянутую форму в плане, преимущественно форму прямоугольника, длина и ширина которого определяются поперечным размером, в частности диаметром, извлекаемых из приготовленного льда среднемасштабных образцов морского льда и требуемым их количеством.The execution of the reservoir, having an elongated shape in plan, mainly the shape of a rectangle, the length and width of which is determined by the transverse size, in particular the diameter of medium-sized samples of sea ice extracted from the prepared ice and their required quantity.

Расстояние от борта резервуара до центральной оси извлекаемых образцов морского льда, а также между центральными осями самих образцов морского льда, составляющее не менее двух поперечных размеров образца, снижает вероятность их повреждения при их извлечении (выбуривании) из приготовленного ледового поля керноотборником, а также позволяет готовить достаточное количество среднемасштабных образцов лабораторного морского льда с целью их дальнейших исследований и формирования базы данных на основе статистической обработки экспериментальных результатов. Лед, находящийся в непосредственной близости от бортов резервуара, обладает высокой анизотропией и может не соответствовать требуемым по техническому заданию условиям, поэтому выбуривание образцов льда должно осуществляться на выбранной дистанции.The distance from the side of the tank to the central axis of the extracted sea ice samples, as well as between the central axes of the sea ice samples themselves, which is at least two transverse dimensions of the sample, reduces the likelihood of damage when they are removed (drilled) from the prepared ice field using a core sampler, and also allows to prepare a sufficient number of medium-sized samples of laboratory sea ice for the purpose of their further research and the formation of a database based on statistical processing of the experiment lnl results. The ice located in the immediate vicinity of the sides of the reservoir has high anisotropy and may not meet the conditions required by the technical specifications, therefore, drilling of ice samples should be carried out at a selected distance.

Заполнение водой на глубину в 2 раза превышающую толщину намораживаемого в ней лабораторного морского льда, который необходимо намораживать для проведения испытаний, позволяет исключить переохлаждение воды и как следствие ее полное промерзание в резервуаре и тем самым оптимизировать расходы на энергоресурсы, требуемые для охлаждения морской воды до нужной температуры.Filling with water to a depth of 2 times the thickness of the laboratory sea ice frozen in it, which must be frozen for testing, eliminates supercooling of water and, as a result, its complete freezing in the tank and thereby optimize the energy costs required to cool the sea water to the required temperature.

Теплоизоляция резервуара, выполненная с отстоянием от стенок резервуара на величину от 5 до 10 см, позволяет исключить рост льда на его бортах и дне, а также предотвратить замерзание воды в малой секции. Создание воздушной прослойки между теплоизоляцией и резервуаром является эффективной преградой к охлаждению резервуара наружным воздухом.Thermal insulation of the tank, performed with a distance from the walls of the tank by 5 to 10 cm, eliminates the growth of ice on its sides and bottom, and also prevents freezing of water in a small section. Creating an air gap between the insulation and the tank is an effective barrier to cooling the tank with outside air.

Саморегулирующий греющий кабель, уложенный в форме змейки или спирали в пространстве между теплоизоляционным материалом и стенками резервуара, позволяет обеспечить поддержание температуры воздуха в упомянутом пространстве близкой к температуре воды в резервуаре, то есть температура воздуха в этом месте не была бы ниже температуры воды в резервуаре.A self-regulating heating cable laid in the form of a snake or spiral in the space between the heat-insulating material and the walls of the tank allows maintaining the air temperature in the space mentioned close to the temperature of the water in the tank, i.e. the air temperature in this place would not be lower than the temperature of the water in the tank.

Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором изображено предлагаемое устройство для обеспечения приготовления среднемасштабных образцов лабораторного морского льда и проведения с их использованием серии экспериментальных исследований свойств льда и критериев разрушения (вид сбоку) и на фиг. 2 - вид сверху на резервуар (на фиг. 1) с среднемасштабными образцами намороженного лабораторного морского льда.The invention is illustrated by the figure, which shows the proposed device for providing the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice and using them a series of experimental studies of ice properties and fracture criteria (side view) and in FIG. 2 is a plan view of a reservoir (in FIG. 1) with medium-sized samples of frozen laboratory sea ice.

Устройство включает закрытое помещение 1 с системой охлаждения и вентиляции 2 и соединенную с источником пресной воды мелкодисперсионную форсунку 3, которая позволяет регулировать размер ядер кристаллизации льда. В помещении 1 расположена, заполняемая морской водой 4, емкость имеющая вытянутую преимущественно форму прямоугольника в плане в виде резервуара 5, выполненного из нержавеющей стали, длина и ширина которого определяются поперечным размером (диаметром) и требуемым количеством среднемасштабных образцов морского льда 6, при условии, что расстояние от борта резервуара до центральной оси извлекаемых образцов морского льда 6, а также между центральными осями самих образцов морского льда 6, составляет не менее двух поперечных размеров образца (фиг. 2). Высота резервуара 5 определяется из условия обеспечения заполнения ее водой на глубину в 2 раза превышающую толщину льда 6, который необходимо намораживать для проведения испытаний. При этом по длинной стороне резервуар 5 разделен закрепленной на его бортах перегородкой 7 на две секции в соотношении 4:1: на большую 8, предназначенную для намораживания лабораторного льда 6, и на малую 9, предназначенную для вытеснения в нее воды из большой секции 8 в процессе намораживания льда и предотвращения возникновения внутренних напряжений во льду. Причем перегородка 7 выполнена и установлена на резервуаре 5 таким образом, чтобы в верхней части резервуара 5 обеспечивалось не перетекание воды из большой секции 8 в малую 9, а между нижним торцом перегородки 7 и дном резервуара 5 был бы зазор для свободного движения воды между секциями 8 и 9. Для обеспечения теплоизоляции резервуара 5, исключающей рост льда на его бортах и дне, а также предотвращения замерзания воды в малой секции 9, стенки резервуара 5, включая поверхность малой секции 9, закрыт теплоизолирующим слоем из теплоизоляционного материала 10, расположенным с отстоянием от стенок резервуара 5 на величину от 5 до 10 см, а для поддержания положительной температуры воздуха в пространстве между стенками резервуара 5 и термоизолирующим слоем 10 близкой к температуре воды в резервуаре 5, в полости между стенками резервуара 5 и теплоизолирующим слоем 10 имеется саморегулирующийся греющий кабель 11, уложенный в форме змейки или спирали.The device includes an enclosed space 1 with a cooling and ventilation system 2 and a finely dispersed nozzle 3 connected to a fresh water source, which allows you to adjust the size of the ice crystallization nuclei. In room 1 is located, filled with sea water 4, a container having a predominantly elongated rectangle in plan view in the form of a tank 5 made of stainless steel, the length and width of which is determined by the transverse size (diameter) and the required number of medium-sized samples of sea ice 6, provided that that the distance from the side of the reservoir to the central axis of the extracted sea ice samples 6, as well as between the central axes of the sea ice samples 6 themselves, is at least two transverse dimensions of the sample (f of 2). The height of the tank 5 is determined from the condition that it is filled with water to a depth of 2 times the thickness of the ice 6, which must be frozen for testing. At the same time, on the long side, the tank 5 is divided by a partition 7 fixed on its sides into two sections in a 4: 1 ratio: into a large 8, designed to freeze laboratory ice 6, and into a small 9, designed to displace water from the large section 8 into it the process of freezing ice and preventing internal stresses in the ice. Moreover, the partition 7 is made and installed on the tank 5 so that in the upper part of the tank 5 the water does not flow from the large section 8 to the small 9, and there would be a gap between the lower end of the partition 7 and the bottom of the tank 5 for free movement of water between the sections 8 and 9. To ensure thermal insulation of the tank 5, preventing the growth of ice on its sides and bottom, as well as to prevent freezing of water in the small section 9, the walls of the tank 5, including the surface of the small section 9, are closed with a heat-insulating layer of heat-insulating mat Series 10, located with a distance from the walls of the tank 5 by an amount of 5 to 10 cm, and to maintain a positive air temperature in the space between the walls of the tank 5 and the thermally insulating layer 10 close to the temperature of the water in the tank 5, in the cavity between the walls of the tank 5 and the insulating layer 10 there is a self-regulating heating cable 11, laid in the form of a snake or spiral.

Предлагаемое устройство для приготовления среднемасштабных образцов лабораторного морского льда работает следующим образом.The proposed device for the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice works as follows.

Используя систему охлаждения и вентиляции 2 в помещении 1, охлаждают воздух до заданной температуры в диапазоне от -10°С до -25°С. Резервуар 5 заполняют морской водой 4 с заданной для испытаний соленостью, которая приготавливается путем добавления соли в пресную воду в определенной пропорции. Подсоленную воду охлаждают до температуры, близкой к температуре замерзания. Затем поверхность воды очищается от образующегося при этой на ней ледяного покрова и осуществляется распыление ядер кристаллизации воды с использованием мелкодисперсионной форсунки 3. Режим намораживания льда происходит при постоянной температуре воздуха в помещении 1, что позволяет получить лабораторный морской лед 6 с высоким качеством в отношении его структуры за счет большей скорости намораживания льда. Структура льда по толщине получается однородной, так как раствор соли, находящийся между блоками кристаллов, распределяется равномерно по толщине, не успевая полностью проникнуть из верхних слоев в нижние. Дополнительным положительным эффектом является повышение солености морского льда за счет снижения интенсивности стекания рассола под воздействием гидростатического давления под льдом. Благодаря разделению резервуара 5 в соотношении 4:1 на малую и большую секции с помощью закрепленной на его бортах сплошной вертикальной перегородки 7, избыточное давление, возрастающее в процессе приготовления морского льда в большой секции 8 резервуара 5, компенсируется за счет перетекания воды через зазор между нижним концом перегородки 7 и дном резервуара 5 из большой секции 8 резервуара в малую секцию 9, в результате чего обеспечивается предотвращение возникновения внутренних напряжений во льду 6. В процессе намораживания льда 6 исключается рост льда на бортах и дне резервуара 5, а также предотвращается замерзание морской воды 4 в малой секции 9, включая ее поверхность, благодаря обеспечению теплоизоляции резервуара 5 за счет покрытия стенок резервуара 5 теплоизолирующим слоем 10 из теплоизоляционного материала, расположенным с отстоянием от стенок резервуара. При этом обеспечивается поддержание положительной температуры воздуха в пространстве между стенками резервуара 5 и термоизолирующим слоем 10 близкой к температуре морской воды 4 в резервуаре 5 благодаря наличию в полости между стенками резервуара 5 и теплоизолирующим слоем 10 саморегулирующегося греющего кабеля 11. Поскольку процесс намораживания льда достаточно длительный по времени и может составлять от 3 до 7 суток, то эффективность естественной теплоизоляции постепенно снижается, то саморегулирующийся греющий кабель обеспечивает поддержание соответствующей температуры внутри прослойки. В прослойке будет происходить следующий процесс: на границе с теплоизоляционным покрытием воздух будет охлаждаться и двигаться вниз, при этом у стенки резервуара 5 он будет нагреваться до температуры воды и двигаться наверх, и тем самым будет происходить естественная циркуляция воздуха. Мощность системы обогрева рассчитывается, учитывая климатические условия, объем самого резервуара и толщину теплоизоляции.Using the cooling and ventilation system 2 in room 1, cool the air to a predetermined temperature in the range from -10 ° C to -25 ° C. The tank 5 is filled with sea water 4 with the specified salinity for testing, which is prepared by adding salt to fresh water in a certain proportion. Salted water is cooled to a temperature close to freezing. Then, the surface of the water is cleaned of the ice cover formed during this and the water crystallization nuclei are sprayed using a finely dispersed nozzle 3. The mode of ice freezing occurs at a constant air temperature in room 1, which makes it possible to obtain laboratory sea ice 6 with high quality with respect to its structure due to the greater speed of freezing ice. The ice structure in thickness is uniform, since the salt solution located between the blocks of crystals is distributed evenly throughout the thickness, not having time to completely penetrate from the upper layers to the lower ones. An additional positive effect is an increase in the salinity of sea ice due to a decrease in the intensity of brine runoff under the influence of hydrostatic pressure under ice. Due to the separation of the reservoir 5 in the ratio of 4: 1 into small and large sections using a continuous vertical partition 7 fixed on its sides, the excess pressure that increases during the preparation of sea ice in the large section 8 of the tank 5 is compensated by the flow of water through the gap between the lower the end of the partition 7 and the bottom of the tank 5 from the large section 8 of the tank to the small section 9, which ensures the prevention of internal stresses in the ice 6. In the process of freezing ice 6 exclude ice growth on the sides and bottom of the tank 5 is maintained, and the freezing of sea water 4 in the small section 9 is prevented, including its surface, due to the provision of thermal insulation of the tank 5 by coating the walls of the tank 5 with an insulating layer 10 of heat-insulating material located at a distance from the walls of the tank . This ensures that the positive air temperature in the space between the walls of the tank 5 and the insulating layer 10 is close to the temperature of the sea water 4 in the tank 5 due to the presence in the cavity between the walls of the tank 5 and the insulating layer 10 of a self-regulating heating cable 11. Since the ice freezing process is quite lengthy time and can be from 3 to 7 days, then the effectiveness of natural thermal insulation is gradually reduced, then a self-regulating heating cable provides under keeping the appropriate temperature inside the layer. The following process will take place in the interlayer: at the border with the heat-insulating coating, the air will cool and move downward, while at the wall of the tank 5 it will heat up to the water temperature and move upward, and thereby the natural air circulation will occur. The power of the heating system is calculated taking into account climatic conditions, the volume of the tank itself and the thickness of the thermal insulation.

После достижения требуемой толщины лабораторного морского льда 6 температуру воздуха устанавливают на фиксированном значении, при котором свойства льда 6 сохраняются достаточно длительное время.After reaching the required thickness of laboratory sea ice 6, the air temperature is set at a fixed value at which the properties of ice 6 are stored for a sufficiently long time.

Практическая реализация заявляемого технического решения промышленной сложности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии этого решения условию патентоспособности «промышленная применимость».The practical implementation of the proposed technical solution of industrial complexity does not present, which allows us to conclude that this solution meets the patentability condition “industrial applicability”.

Предлагаемое устройство для обеспечения приготовления среднемасштабных образцов лабораторного морского льда и проведения с их использованием серии экспериментальных исследований свойств льда и критериев разрушения обеспечивает существенное сокращение трудовых и энергетических затрат при приготовлении среднемасштабных образцов лабораторного морского льда и проведении указанной серии экспериментальных исследований, что его выгодно отличает от прототипа.The proposed device for ensuring the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice and using them a series of experimental studies of the properties of ice and fracture criteria provides a significant reduction in labor and energy costs when preparing medium-sized samples of laboratory sea ice and the specified series of experimental studies, which compares favorably with the prototype .

Опыт использования предлагаемого устройства подтвердил ожидаемые характеристики и физико-механические свойства намораживаемого льда, а также пригодность для исследований прочностных свойств и критериев разрушения.The experience of using the proposed device confirmed the expected characteristics and physicomechanical properties of frozen ice, as well as its suitability for studies of strength properties and fracture criteria.

Claims (2)

1. Устройство для обеспечения приготовления среднемасштабных образцов лабораторного морского льда и проведения с их использованием серии экспериментальных исследований свойств льда и критериев разрушения, включающее закрытое помещение с расположенной в нем емкостью, заполняемой морской водой, намораживаемой для приготовления льда, и оснащенное системой охлаждения и вентиляции и соединенной с источником пресной воды мелкодисперсионной форсункой, обеспечивающей регулировку размера ядер кристаллизации льда, отличающееся тем, что емкость для заполнения морской водой выполнена в виде имеющего вытянутую, преимущественно прямоугольную, форму в плане резервуара из нержавеющей стали, длина и ширина которого определяются поперечным размером и необходимым количеством ледяных среднемасштабных образцов, извлекаемых из приготовленного в емкости морского льда при условии распределения образцов по поверхности емкости таким образом, чтобы расстояние от борта резервуара до центральной оси извлекаемых образцов морского льда, а также между центральными осями самих образцов морского льда составляло не менее двух поперечных размеров образца, а высота резервуара определяется условием, чтобы обеспечивалось заполнение водой емкости на глубину, в 2 раза превышающую толщину намораживаемого в ней льда, при этом по длинной стороне резервуар разделен закрепленной на его бортах вертикальной перегородкой на две секции в соотношении 4:1, большая из которых предназначена для намораживания лабораторного льда, а меньшая - для заполнения ее водой и компенсации давления при намораживании льда и предотвращения возникновения внутренних напряжений во льду, причем вертикальная перегородка установлена таким образом, чтобы в верхней части резервуара обеспечивалось неперетекание воды из большой секции в малую, а в нижней - имелся зазор между нижним концом перегородки и днищем резервуара, необходимый для свободного движения воды между секциями, при этом поверхность резервуара, включая верхнюю горизонтальную поверхность малой секции, покрыта с внешней стороны теплоизолирующим слоем из теплоизоляционного материала, расположенным с отстоянием от стенок резервуара на величину от 5 до 10 см, в просвете между которыми уложен греющий кабель.1. A device for providing the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice and using them a series of experimental studies of ice properties and fracture criteria, including a closed room with a container located in it, filled with sea water, frozen for ice making, and equipped with a cooling and ventilation system and connected to a fresh water source with a finely dispersed nozzle, which provides for the regulation of the size of ice crystallization nuclei, characterized in that The spill for filling with sea water is made in the form of an elongated, mainly rectangular, shape in terms of a stainless steel tank, the length and width of which is determined by the transverse size and the required number of medium-sized ice samples extracted from sea ice prepared in the tank, provided the samples are distributed over the surface of the tank so that the distance from the side of the tank to the central axis of the extracted sea ice samples, as well as between the central axes of the samples themselves, m ice was at least two transverse dimensions of the sample, and the height of the tank is determined by the condition that water is filled to a depth of 2 times the thickness of the ice frozen in it, while the long side of the tank is divided by a vertical partition fixed on its sides into two sections in a ratio of 4: 1, the largest of which is intended for freezing laboratory ice, and the smaller one is for filling it with water and compensating for pressure when freezing ice and preventing occurrence internal stresses in the ice, and the vertical partition is installed so that in the upper part of the tank water does not flow from the large section to the small one, and in the lower part there is a gap between the lower end of the partition and the bottom of the tank, necessary for free movement of water between the sections, the surface of the tank, including the upper horizontal surface of the small section, is coated on the outside with a heat-insulating layer of heat-insulating material, located with a separation from the walls of the tank an amount of 5 to 10 cm, the gap between which is laid a heating cable. 2. Устройство для обеспечения приготовления среднемасштабных образцов лабораторного морского льда по п. 1, отличающееся тем, что греющий кабель уложен в форме змейки или спирали.2. A device for providing the preparation of medium-sized samples of laboratory sea ice according to claim 1, characterized in that the heating cable is laid in the form of a snake or spiral.
RU2018138855A 2018-11-06 2018-11-06 Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin RU2698976C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138855A RU2698976C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138855A RU2698976C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2698976C1 true RU2698976C1 (en) 2019-09-02

Family

ID=67851738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018138855A RU2698976C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2698976C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807540C1 (en) * 2023-03-29 2023-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") Stand for modeling hummocking processes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3691781A (en) * 1971-07-30 1972-09-19 Arctec Method and apparatus for forming model ice sheets
RU2440271C1 (en) * 2010-07-01 2012-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") Ice experimental tank
RU2535398C2 (en) * 2013-01-10 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" Method and device for ice cover simulation in model basin
RU2551832C1 (en) * 2014-01-09 2015-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Method to model ice cover in experiment tank and device for its realisation
RU2581446C1 (en) * 2014-09-25 2016-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") Testing tank for testing models of ships and offshore engineering structures, primarily in ice

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3691781A (en) * 1971-07-30 1972-09-19 Arctec Method and apparatus for forming model ice sheets
RU2440271C1 (en) * 2010-07-01 2012-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") Ice experimental tank
RU2535398C2 (en) * 2013-01-10 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" Method and device for ice cover simulation in model basin
RU2551832C1 (en) * 2014-01-09 2015-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Method to model ice cover in experiment tank and device for its realisation
RU2581446C1 (en) * 2014-09-25 2016-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") Testing tank for testing models of ships and offshore engineering structures, primarily in ice

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807540C1 (en) * 2023-03-29 2023-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") Stand for modeling hummocking processes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN211292733U (en) Indoor simulation device for in-service light soil ultrasonic detection
RU2698976C1 (en) Device for providing testing of medium-sized samples of laboratory sea ice in an ice basin
CN205374262U (en) Concrete salt loses test device
Oggier et al. Crude oil migration in sea-ice: laboratory studies of constraints on oil mobilization and seasonal evolution
CN110749653A (en) Indoor simulation method and device for in-service light soil ultrasonic detection
VAN KLAVEREN Hydraulic erosion resistance of thawing soils
RU2535398C2 (en) Method and device for ice cover simulation in model basin
Phillips et al. Pipeline frost heave modelling
CN105841415B (en) A kind of sea ice preparation facilities and method
Santos et al. Assessment of external heat transfer coefficient during oocyte vitrification in liquid and slush nitrogen using numerical simulations to determine cooling rates
RU2319145C2 (en) Autonomous device for testing freeze-thaw resistance of soil
Szilder et al. Simulation of icicle growth using a three-dimensional random walk model
SU1220572A3 (en) Method of producing bodies from ice and device for effecting same
Kulyakhtin et al. Measurements of thermodynamic properties of ice created by frozen sea spray
CN109540463A (en) Long distance water diversion channel circulating water flow Freezing Model experimental rig and test method
Richard et al. NRC frazil ice research facility
US212007A (en) Improvement in processes and apparatus for preserving eggs
RU2345297C1 (en) Ice tray
Hall et al. Review of the design considerations for the laboratory growth of sea ice
RU2761917C1 (en) Tank for non-freezing liquids with an effective permafrost preservation system in the base
Szilder et al. A new method of modelling ice accretion on objects of complex geometry
Müller-Stoffels et al. Preferred crystal orientation in fresh water ice
Hughes et al. Estimates of the refreezing rate in an ice-shelf borehole
KR20160009864A (en) Pickling device and pickling system using thereof
JP2004076422A (en) Warm water dam