Способ определения температуры ледника

Способ определения температуры ледника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике термометрии и позволяет ускорить процесс определения температуры ледников. Термобур с постоянной скоростью движется в толще ледника. Ультразвуковыми датчиками измеряется размер каверны около бура, заполненной талой водой, и температура ледника определяете ; по приведенной расчетной формуле ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (t9) (И) tst)s 6 01 К 11100

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4661729/10 (22) 18.01.89 (46) 07.05,91. Ьюл. Рк 17 (71) Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина и Институт географии АН СССР (72) В.С.Загороднов, С.A.Ôoìèí и В.А.Чугунов (53) 536,5(088,8) (56) Clough I.W.. Hausen ВЛ. The Ross ice

Sheif project. — Science, ч.203. М 4379, р.433434.

Philberth К. The thermal probe deepdrllllng method by egig in 1968 station larlloset, Central Greenland. — )се core drilling.

Proc. of à sump., Univ. of Nebraska, Lincoln, 1976, р. 117-131.

Изобретение относится к технике термометрии и может найти применение в геофизике и гляциологии, Целью изобретения является повышение производительности при одновременном увеличении информативности.

На чертеже представлена схема термобура.

Основными элементами термобура являются конический нагреватель 1, штепсельный разьем 2, корпус 3, термоизолятор

4, кабель 5 и ультразвуковые антенны 6 и 7.

Термобур находится внутри каверны талой воды. ограниченной поверхностью фазового перехода Х;

В результате проплавления термобуром ледяного массива в нем формируется каверна талой воды, которая движется вниз с той же скоростью, что и термобур. Причем в нижней (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛЕДНИКА (57) Изобретение относится к технике термометрии и позволяет ускорить процесс определения температуры ледников.

Термобур с постоянной скоростью движется в толще ледника, Ультразвуковыми датчиками измеряется размер каверны около бура, заполненной талой водой, и температура ледника определяется по приведенной расчетной формуле, . ил, части поверхности каверны (на забое) происходит плавление льда, а в ее верхней части идет процесс намерэания. При постоянной скорости движенния термобура, а значит и каверны, вытянутость верхней части каверны (т.е. интенсивность намерзания) зависит от темепературы окружающего ледяного-массива. Чем теплее лед, тем, о«евидно, длиннее каверна талой воды.

Таким образом, зная размеры верхней части каверны, зависящие от интенсивности намерзания льда, можно вычислить температуру ледника. Для определения размеров верхней части каверны установлены два ультразвуковых датчика 5: один — в верхней части термобура (над нагревателем), другой — на кабеле соединяющем термобур с пультом.

Расположение ультразвуковых антенн соответствует точкам 2О и Z> на чертеже.

Для вывода уравнения, позволяющего производить расчет температуры ледника, рассматривалась краевая задача о температурном поле вокруг подвижного источника тепла.

Измерения скорости намерзания льда, проведенные акустическим методом, показали, что скорость намерзания лежит в диапазоне 0,5-3 мм/ч. Это позволило при решении сформулированной краевой задачи выделить малый параметр е, физически представляющий собой отношение толщины замерзающего слоя к размеру каверны, например (Z>-Z<). В результате с точностью до членов порядка 0(e), с учетом условия теплового баланса иа поверхности Х (условие Стефана) получена простая формула для определения тоо.

Способ определения температуры e ëåдовой толще осуществляют следующим образом.

Термобур типа термоиглы 2 углубляется в ледяной массив с постоянной скоростью 3 и/ч. Потребляемая мощность 2 кВт, напряжение питания 150 В, диаметр коронки тер,мобура 40 мм, длина снаряда 52 см, вес „2 кг. Постоянство скорости обеспечиваетсч при помощи соответствующего натяжения кабеля, сОединяющего нагревательный элемент с пультом управления, который располагается на поверхности ледника.

Термобуровое устройство оснащено двумя ультразвуковыми антеннами, изготовленными из дисков титаната бария диаметром

20 мм.

Ультразвуковые датчики, измеряющие размеры каверны, расположены на расстоянии 1,5 м друг от друга: один — в корпусе термобура„другой — на кабеле.

Данные измерений по сигнальному кабелю передаются на. поверхность ледника, где обрабатываются по расчетной формуле где V — скорость термобура; а — коэффициент температуропроводности льда;

С - теплоемкость льда;

L — скрытая теплота фазового перехода;

ty — температура фазового перехода лед-жидкость;

5 тса- невозмущенная температура ледяного массива;

Z,Z< — координаты точек вдоль оси тер- мобура, в которых размещены ультразвуковые датчики, на кабеле и на термобуровом

10 снаряде соответственно;

r>,r> — радиусы каверны, измеряемые датчиками, установленными соответственно в точках 2о и Z>.

Предлагаемый способ обеспечивает вы15 сокую скорость измерений, а также непрерывность измерений по всей глубине ледника

Формула изобретения

Способ определения температуры лед20 ника, включающий еремещение термобура по толщине ледяного массива, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности при одновременном увеличении информативности, перемеще25 ние термобура ведут с постоянной скоростью, непрерывно измеряя радиусы каверны талой воды вокруг термобура в ее верхней -:асти в двух точках по высоте на расстоянии, соответствующем характерно30 му размеру каверны, а температуру ледника определяют по формуле где V — скорость движения термобура; а — коэффициент температуроп роводно40 сти льда;

С вЂ” его теплоемкость;, тф — температура фазового перехода лед — жидкость;

L — скрытая теплота фазового перехода;

45 Z>,Z — координаты точек вдоль оси термобура, в которых размещены. ультразвуковые датчики, на кабеле и иа термобуровом снаряде соответственно;

ro,r> — радиусы каверны, измеряемые

50 датчиками, установленными соответственно в точках Zo u Zi.

1647286

Составитель Ю.Андрианов

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор Л.Гратилло

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1390 Тираж 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5