观察者网

发展和改革委批复浙江大学超重力离心模拟与实验装置项目

2019-01-19 14:26:44

近日,国家发展和改革委员会批复了浙江大学建筑工程学院陈云敏院士牵头的国家重大基础设施项目——超重力离心模拟与实验装置(CHIEF)。

举个例子,要想知道100米高大坝的失稳性状,有了这个装置只需要造一米高的模型,加上100倍的重力加速度的超重力,就能模拟实际的失稳效果。

(CHIEF项目效果图  来源:手机浙江网)

CHIEF项目总投资超过20亿,CHIEF建成后将成为全球容量最大、应用范围最广的综合超重力多学科实验平台,将填补我国超大容量超重力实验装置的空白。

根据《国家发展改革委关于超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施项目可行性研究报告的批复》的内容,CHIEF项目主要建设超重力离心机主机、超重力实验舱、超重力试验保障系统及配套土建工程。其中,超重力实验舱包括边坡与高坝、岩土地震工程、地质过程、材料制备、深海工程、深地工程与环境等6个超重力实验舱。

超重力离心科学价值

所谓超重力指的是比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的环境物质下所受到的力。研究超重力环境下物质的物理和化学变化过程称为超重力科学。在地球上实现超重力环境的方法是通过旋转产生离心力而模拟实现。虽然超重力技术是通过离心力场的作用而达到模拟超重力环境的目的,但该技术与利用离心力进行复相分离或密度差异分离有着本质的区别。该技术核心在于对传递过程和微观混合过程的极大强化。超重力具有“时空压缩、能量强化、加速相分离”三种基本科学效应,带给人们更多角度理解各种物质现象。

(陈云敏院士带记者参观浙江大学现有超重力离心机  来源:浙江大学网站)

负责CHIEF新材料舱的张泽教授就举例介绍,航空发动机中关键的涡轮叶片,工作温度实际上是1400度,这对材料的耐力提出了很高的要求。发动机叶片的材料组分非常复杂,光合金元素就10余中,在高温和高速旋转产生的离心力作用下,原子的扩散也许就会发生类似“胖子”和“瘦子”跑得快慢不一样,出现重元素跑得快一点,轻元素跑得慢一点现象,这种质量差异进一步形成了结构的差异。

张泽教授说,“我们通常的力学实验受到的是静力,你把它拉也好,弯也好,不同元素的‘响应’都差不多,不会因为谁重谁轻会不一样,而实际高速旋转起来情况就变了,‘胖’的和‘瘦’的就是不一样,就会受到一个动态的力,我们通常力学实验所做不到,而有了这种超重力离心装置就可以做这件事情”。

CHIEF将成为世界容量最大综合多学科实验平台

根据浙江大学官网介绍,自1931年美国哥伦比亚大学率先建成超重力离心机以来,世界上许多发达国家和高水平研究机构竞相投入建设超重力试验装置。目前世界上容量最大的美国陆军工程师兵团离心机容量已达1200重力加速度吨,而我国正在运行的超重力离心机最大容量为500重力加速度吨。“超重力离心模拟与实验装置”建成后,离心机容量超过1500加速度吨,最大离心速度达1500倍重力加速度,最大负载超过30吨,将成为世界容量最大、应用范围最广的综合多学科实验平台。

《国家发展改革委关于超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施项目可行性研究报告的批复》的内容也给出了CHIEF建设地点位于杭州市余杭区未来科技城,建筑面积34560平方米,建设周期5年。项目建成后将为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高性能材料研发等提供基础条件支撑。

(CHIEF项目选址杭州科技未来城   来源:浙江大学网站)

陈云敏教授表示,设施建成以后,大部分是时数将用于基础研究用户,部分用于企业用户,少数用于国际用户,如美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟小区的高铁路基移动荷载效应研究,其余用于浙江大学个学科用户。项目还将看展国际平行试验,发布重力基准试验,共享超大工程超重力实验数据,并创建多学科科普平台,面向社会公众开放和提供技术培训。

CHIEF超重力实验舱功能

根据浙江大学网站发布的消息,CHIEF的设计可以让科学家们全过程观测重力环境下岩土体、地球深部物质、合金熔体等多相的物质运动,揭示岩土体大时空演变与成灾、地质过程演变和成岩成矿、合金熔体超重力凝固机制、为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高能材料研发等提供基础支撑。

浙大官网同时介绍了CHIEF设计中的6座超重力实验舱拥有如下性能:

(超重力离心机和主要机载装置示意图  来源:浙江大学网站)

边坡与高坝实验舱:

我国滑坡灾害频发,目前世界上仍没有公认的理论能够解释滑坡的高速、远程滑动过程。我国水力资源居世界第一,已建、在建和拟建高度超过200米的高坝占世界的50%,而梯级高坝是我国黄河、金沙江、雅砻江等水利资源开发的主要形式,他们总落差达一两千米,一旦大坝崩坝将造成多米诺连溃,后果不堪设想。但是通过CHIEF,利用“时空压缩”效应展开超重力试验,突破滑坡预警和治理技术的发展,验证百米级高坝服役性能,为高烈度地震区的城市群规划及重大工程建设提供支撑。

岩土地震工程实验舱:

我国还是地震最活跃和地震灾害最严重的国家之一,场地岩土体是基岩地震向地面建筑物传播的媒介,地震动的场地效应、场地液化大变形和地震诱发滑坡等决定了建筑的震害程度。CHIEF中的岩土地震工程实验舱提供了大负载单向振动台、世界上首座超重力三向振动台,将为研究复杂场地地震动演变规律和岩土体致灾效应提供国际一流的研究平台。

地质过程实验舱:

地球内部物质的运移和演变是人类的科学难题之一,CHIEF为研究地球深部岩浆房中结晶率、地幔中矿物的重力分异作用、板块俯冲脱水过程等问题提供新的研究思路和方法,进一步加深人类对地球内部多圈层形成演化过程的认识。

材料制备实验舱:

新材料是高端制造业的基础,关系产业发展和国家安全。高通量材料制备技术是当今研究的重点。利用超重力相分离加速效应,我们能够制备不同微区成分、相结构和组织的大尺寸块体高通量样品,从而发现高性能材料。

深海工程实验舱:

深海天然气水合物资源被认为是一种储量巨大、21世纪最有潜力的替代能源。但是深海高压环境和复杂海床条件使得深海天然气水合物开采极为困难。超重力可以再现深海储层中天然气水合物的开采过程,模拟不同天然气水合物开采方法,为天然气水合物高效开采和灾害控制提供重要科学依据与实验支撑。

深地工程与环境实验舱:

深部资源开发、油气深地储存、二氧化碳地质封存和高放射性物质地质处置等成为我国能源地下开采、储备、放射性废物深地处置研究设施的建设过程中重要的科学研究方向。

陈云敏院士说:“这些实验舱都是根据国内外现状及发展需求来确定的,特别是针对国家重大战略需求,我们召开了10余次专家论证会,经过了24位院士、上百位专家学者的论证”。

来源:浙江大学网站、钱江晚报、手机浙江网等

分享到
来源:浙江大学网站等 | 责任编辑:程小康
小编最近文章
加拿大捕捉到15亿光年外神秘太空信号,外媒暗示外星问候
拿下美国4份轨交大单 美媒污蔑中车“藏间谍”
《纽约时报》又炒作“中国窃取生物医药知识产权”
这项进展,将助力高精度航发涡轮叶片残芯检测
MIT刊物对比中美科研水平,中国有哪些强项?
风闻·24小时最热
网友推荐最新闻
相关推荐
切换网页版
下载观察者App
tocomment gotop