Experimentální výzkum zamrzání vody v pórovitém prostředí

Abstract

Hlavním cílem diplomové práce bylo navrhnout zcela novou experimentální sestavu a provést experimenty mrznutí a tání s aplikací vzácného plynu argonu. Experimenty byly provedeny na vzorcích naplněných odplyněnou destilovanou vodou a plně nasyceným pískem. Experimentální sestava byla sestavena z vnitřní a vnější nádoby a víčka. Z prostoru mezi vnitřní a vnější nádobou byl pomocí vakuové pumpy odsáván vzduch. Vzniklé vakuum sloužilo jako izolace vzorku. Skrze otvory ve víčku bylo protaženo teplotní čidlo, které měřilo teplotu uvnitř nádoby se vzorkem a plastová hadička, pomocí které byl odváděn uvolněný argon do průtokoměru. Bylo provedeno sedm experimentů s odplyněnou destilovanou vodou a dva experimenty s nasyceným pískem. V první fázi byla nádoba se vzorkem umístěna do přetlakového aparátu a mrazící jednotky, kde byl vzorek sycen argonem při tlaku 3 bary a teplotě +23 °C po dobu 24 nebo 36 hodin. Poté byl vzorek mražen při stejném tlaku a teplotě -10 °C po dobu 24 nebo 36 hodin. Následovala fáze tání. Nádoba se vzorkem byla vyjmuta z mrazící jednotky a přetlakového aparátu, bylo na ní nasazeno víčko a zahájeno měření teploty a průtoku argonu průtokoměrem. U jednoho experimentu byl zároveň průtok měřen metodou počítání bublin. Výsledky experimentů poskytly informace o průběhu teplot a průtoku argonu při tání ve vzorku naplněném vodou a pískem a nasyceným argonem. Výsledky budou nadále využity pro matematické modelování.

The main aim of the diploma thesis was to design a new experimental set-up. Freezing and thawing experiments were performed on samples filled with degassed distilled water or fully saturated sand. The samples were saturated with noble gas argon within experiments. The experimental set-up was assembled with an inner and outer vessel and a lid. Air was sucked out of the space between the vessels by a vacuum pump. The vacuum served as an isolation of the sample. A temperature sensor measured the temperature inside the sample vessel. A plastic tube was used to pipe away the released argon to the flow meter. Seven experiments with degassed distilled water and two experiments with fully saturated sand were performed. In the first phase, the sample vessel was placed in a pressure plate extractor and a freezing unit, where the sample was saturated with argon at a pressure level of 3 bars and a temperature of +23 °C for 24 or 36 hours. Then the sample was frozen at the same pressure level and temperature of -10 °C for 24 or 36 hours. The melting phase followed. The sample vessel was taken out from the freezer and the pressure plate extractor, a lid was placed on it and the measurement of argon flow and temperature was started. In one experiment, the argon flow rate was also measured by bubble counting. The results of the experiments provided information about temperatures inside the vessel and argon flow rate during the thawing phase. The results will be used for mathematical modelling.