[发明专利]一种气泡破冰方法

说明书

本发明属于海洋与内河破冰技术领域，具体涉及一种气泡破冰方法。本发明使用气泡生成装置在冰层下方与冰层垂直距离为D处生成脉动的气泡，其中0D2R，R为气泡生成装置生成的气泡在同样水深但没有冰层的情况下能达到的最大半径，通过水下动气泡的运动对附近冰层造成的破坏，进行破冰，在水中生成一个或多个气泡，气泡膨胀并随后收缩，通过以下四种形式中至少一种，造成冰层的破坏。本发明不需要设计和制造破冰船，不须投放炸弹、炸药等，节约成本；不存在机械结构与冰的直接撞击，避免船体或机械的损坏；由于不须使用炸药等物质，没有爆炸污染物，更加环保也更加安全。

技术领域

本发明属于海洋与内河破冰技术领域，具体涉及一种气泡破冰方法。

背景技术

目前，破冰技术主要有两种形式，一种是物理机械破冰，另一种是化学爆炸破冰。机械破冰主要方式是，在冰区航行的破冰船利用自身船重压碎船艏下方冰面并将碎冰排开到两侧，达到疏通航道的目的。在极地海洋勘测中，出于对极地生态环境的保护，无法使用爆炸破冰，因此主要使用破冰船破冰。而在黄河、松花江等内河流域防凌防汛方面，可以使用化学爆炸破冰。春季气温上升导致冰面逐渐融化。当上游的冰区先于下游融化时，易导致冰凌堵塞下游河道，形成冰塞、冰坝等现象，如不及时妥善处理极易导致洪水灾情的发生。为了解决上述问题，一种方法为利用火炮发射榴弹或利用飞机空投航弹的方法破冰，或者采用在冰面或冰下进行爆破的方法破冰。

目前的两种破冰方式主要存在以下缺点。首先，对于物理机械破冰，需要特别设计制造破冰船，前期投入成本非常大。破冰船的人员、燃料、维修等一系列运营成本也非常可观。船体和其他机械结构在冰的撞击下容易损坏，而且破冰船航速较低，破冰厚度有限；遇到较厚冰层往往无能为力或必须采用反复冲撞等方式破冰，效率较低。第二，对于化学爆炸破冰，爆炸物和布置爆炸等财力物力成本也非常高，而且存在安全隐患，例如哑弹等情况，以及爆炸产生的巨大载荷可能对附近桥梁等设施造成破坏。综上所述，在实际破冰工程中传统的破冰方法都具有难以克服的不足之处，需要一种更加廉价、安全、环保、可重复的破冰方法取代以往的破冰方式。

气泡脉动可以携带可观的能量，可以用于破冰。此处气泡脉动是指，在水中生成的内部压力高于水体压力的气泡。这种气泡将在内外压力差的作用下过度膨胀并随后收缩、坍塌。首先，气泡的膨胀和坍塌会在周围流场中形成滞后流，使周围固体受到力矩作用，发生破坏；第二，气泡在收缩的同时会产生射流，其速度可达数十至数百米每秒；射流的巨大能量可以使水下固体结构发生重大破坏(例如船体破口甚至折断等)。气泡的这种作用也称为“气泡锤”。第三，气泡在坍塌时，内部气体急剧压缩，形成高压，高压驱使气泡重新膨胀，并在气泡重新膨胀的一瞬间释放冲击波。该冲击波将传递到水中固体上，引起损伤。此外，气泡的气体将水体排开，水中物体受到的局部浮力减小，可能在重力作用下发生破坏。上述气泡运动特征已经得到了广泛的理论、实验论证。但是尚未有将之用于破冰的先例。

高压气枪是海洋地震勘探的重要装备之一，具有安全、环保、便携、可控性强、可重复利用等诸多优点，从而逐渐代替了落后的炸药，成为主流的海洋资源勘探震源。气枪内充高压气体，释放后产生高压气泡。这种气泡在水中将膨胀、坍塌、再膨胀，符合本发明所需要的气泡特性；因此气枪可以作为本发明的气泡生成装置。此外，通过正负电极在水下进行瞬间高电压放电，可以将水瞬间气化，形成高压气泡，气泡将膨胀、坍塌、再膨胀，也符合本发明所需要的气泡特性，亦可以作为本发明的气泡生成装置；爆炸物在水下爆炸也将产生上述高压脉动的气泡，符合本发明所需气泡特性，其在环保方面有所欠缺，可以作为本发明的备选气泡生成方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种与传统方法相比成本更低、效率更高、更加安全的气泡破冰方法。

本发明的目的是这样实现的：