Способ определения температуры ледника Советский патент 1991 года по МПК G01K11/00 

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 разъем 2, корпус 3, термоизолятор 4, кабель 5 и ультразвуковые антенны 6 и 7.

Термобур находится внутри каверны талой воды, ограниченной поверхностью фазового перехода Z.

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

части поверхности каверны (на забое) происходит плавление льда, а в ее верхней части идет процесс намерзания. 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, очевидно, длиннее каверна талой воды.

Таким образом, зная размеры верхней части каверны, зависящие от интенсивности намерзания льда, можно вычислить тем- пературу 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.

о

N XI

ю

00

о

Расположение ультразвуковых антенн соответствует точкам Zo и Zi 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 слой к размеру каверны, например (Zi-Z0). В результате с точностью до членов порядка 0(е), с учетом условия теплового баланса на поверхности 2 (условие Стефана) получена простая формула для определения too.

Способ определения температуры в ледовой толще осуществляют следующим образом.

Термобуртипа термоиглы 2 углубляется в ледяной массив с постоянной скоростью 3 м/ч. Потребляемая мощность 2 кВт, напряжение питания 150 В, диаметр коронки тер- мобура 40 мм, длина снаряда 52 см, вес 1,2 кг. Постоянство скорости обеспечивается 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 20мм.

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

too V5V t-(n-ro) (v2T-vz7

-Мф,

где V - скорость термобура;

а - коэффициент температуропроводности льда;

С -теплоемкость льда; L - скрытая теплота фазового перехода; - температура фазового перехода лед-жидкость;

невозмущенная температура ледяного массива,

Zi,Z0 - координаты точек вдоль оси тер- мобурз, в которых размещены ультразвуковые датчики, на кабеле и на термобуровом снаряде соответственно;

Го.п - радиусы каверны, измеряемые датчиками, установленными соответственно в точках Zo и ZL

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

Формула изобретения Способ определения температуры лед- ника, включающий перемещение термобура по толщине ледяного массива, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности при одновременном увеличении информативности, перемеще- ние термобурз ведут с постоянной скоростью, непрерывно измеряя радиусы каверны талой эоды вокруг термобура в ее верхней асти в двух точках по высоте на расстоянии, соответствующем характерно- му размеру кзверны, а температуру ледника определяют по формуле

tco

УЙУ L (n - r0)

(VZT-VZ7

-Мф,

где V - скорость движения термобура;

а -коэффициент температурой роводно- сти льда;

С - его теплоемкость; Хф - температура фазового перехода лед - жидкость;

L- скрытая теплота фазового перехода; Zi,Z0 - координаты точек вдоль оси термобура, в которых размещены ультразвуковые датчики, на кабеле и на термобуровом снаряде соответственно;

г0,п - радиусы каверны, измеряемые датчиками, установленными соответственно в точках Z0 и Zi.

Изобретение относится к технике термометрии и позволяет ускорить процесс оп- ределения 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.