海底洋流模拟装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海底洋流模拟装置，包括高压模拟舱，在高压模拟舱中进行地质分层构建包括海底上覆海水环境模拟单元、海底界面模拟单元、海底下伏沉积物模拟单元；还包括环境条件控制单元；海底界面模拟单元设置有海底流注入系统，海底流注入系统用于向海底界面模拟单元注入需要流速和流量的深海海水，达到模拟深海底层洋流的功能。本发明专利技术还提供该装置的控制方法，通过在高压模拟舱内模拟深海原位环境，真实模拟海底界面、海底下伏沉积物和海底上覆水环境，在保证深海原位物理、化学、地质环境条件的基础上，通过海底流注入系统模拟深海洋流的形成演化；在演化过程中，通过环境条件控制单元内置的部件和参数模拟不同形态和不同形式的深海洋流情况。

【技术实现步骤摘要】
海底洋流模拟装置及其控制方法
本专利技术涉及海洋工程
，更具体的，涉及一种海底洋流模拟装置及其控制方法。
技术介绍
相对于表层洋流来说，深海洋流多指海平面1000米以下的海水运动，尽管表面难以观测到，但是由于大洋输送带效应，深海洋流对世界气候变化的影响是长期的，科学家认为，海洋对10年以上时间尺度的气候变化的影响因素应该到深海去寻找。深海洋流促使深海海底流与海洋表层海水间进行物质交换，促进表层海水降温和二氧化碳吸收，对调节全球气候变化和全球生态系统具有举足轻重的影响。另一方面，深海底层海流变化是油气田开发设计(平台及海底管线等)、施工建设、运营维护以及后期弃置阶段不可回避的自然条件因素之一。深海洋流由于控制底层海水的运动变化对深海生态系统如深海冷泉生态系统，深海海山生态系统的物质输送和能量传递产生重要影响，是研究深海生态系统的重要考察因素。深海洋流的主要研究手段包括深海实地探测、计算机模拟和实验室模拟等手段，深海实探测需要研究人员在怀疑存在深海洋流的海平面以下1000米处放置若干个检测仪，用来监测海水的流动，花费巨大。计算机模拟需要在厘清深海洋流基本原理的基础上，建立若干理论模型，可对洋流变化进行预测模拟，但是建立在若干假设条件的基础上。相对来说，实验室模拟可以用较小的成本模拟研究深海洋流的运动机理，同时，实验室模拟可以搭建室内深海洋流模拟平台，为深海其它需要考虑深海洋流因素的科学研究如深海冷泉生态系统的形成演化、深海油气田开发的构件强度研究测试、深海油气资源和矿产资源开发等提供试验平台，为交叉学科的发展提供基础研究平台。现有的深海洋流室内模拟研究主要在深水池或者深水井中进行水池试验，主要从洋流运动的角度着手，不注重海洋周围环境，不能实际反演深海海底周围及下伏沉积层环境情况，难以满足深海冷泉生态系统等前沿科学研究的需要。
技术实现思路
本专利技术为克服现有的深海洋流室内模拟研究主要在深水池或者深水井中进行水池试验，不注重海洋周围环境，存在无法实际反演深海海底周围及下伏沉积层环境情况，难以满足深海冷泉生态系统等前沿科学研究需要的技术缺陷，提供一种海底洋流模拟装置及其控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：海底洋流模拟装置，包括高压模拟舱，在所述高压模拟舱中进行地质分层构建，由上到下包括海底上覆海水环境模拟单元、海底界面模拟单元、海底下伏沉积物模拟单元；还包括环境条件控制单元，用于装置内部环境条件的控制及数据的采集；其中：所述海底界面模拟单元设置有海底流注入系统，所述海底流注入系统用于向海底界面模拟单元注入深海海水，达到洋流模拟的作用。上述方案中，通过在高压模拟舱内模拟深海原位环境，真实模拟海底界面、海底下伏沉积物和海底上覆水环境，在保证深海原位物理、化学、地质环境条件的基础上，通过海底流注入系统模拟深海洋流的形成演化；在演化过程中，通过环境条件控制单元内置的部件和参数模拟不同形态和不同形式的深海洋流情况。上述方案中，本专利技术相对于海底实地探测深海洋流研究的花费大量减少，仅需要采集实地的环境数据便可实现模拟，不受海洋表面恶劣风浪环境条件的影响；同时，相对于现有的水池实验模拟深海洋流研究只关注流体运动的特定，本专利技术关注流体运动特征，在反演海底真实物理、化学参数的基础上，对不同形态的海底洋流过程进行模拟研究，为深海冷泉生态系统等其他交叉前沿科学提供基础研究平台；相对于计算机模拟深海洋流研究需要建立若干理论模型，设置大量的假设条件，模型参数理想化等问题，本专利技术提出装置假设条件少，更加贴近实际情况。其中，所述海底流注入系统包括若干喷口、管路系统、注入泵组、调节阀和海水制备系统；其中：所述喷口设置在海底界面处，通过所述管路系统与所述海水制备系统连接；所述注入泵组、调节阀均设置在所述管路系统上；所述注入泵组、调节阀和海水制备系统均与所述环境条件控制单元电性连接。上述方案中，海水制备系统根据需要调配不同组分和不同温度的海水用于模拟产生底层海流需要；通过注入泵组将制备好的海水注入管路系统中，通过调节阀控制海水的流量，最后将海水经管路系统，由喷口喷射入高压模拟舱内，以达到洋流模拟的作用。其中，在所述喷口上设置有控制器，所述控制器与所述环境条件控制单元电性连接，用于控制喷口的射程、喷洒面积和喷射方向。上述方案中，所述喷口的形式可调节更换，管路系统要求耐压防腐，注入的流量可以通过控制器进行改变调节。其中，所述海水制备系统包括海水储罐、热交换机组、高压海水注入泵、可控阀组和质量流量计；其中：所述热交换机组设置在所述海水储罐上，用于海水的热量转换；所述海水储罐通过高压海水注入泵、可控阀组与所述管路系统连通；所述质量流量计设置在所述可控阀组出口处；所述热交换机组、高压海水注入泵、可控阀组、质量流量计均与所述环境条件控制单元电性连接。上述方案中，海水储罐用于存储海水，热交换机组用于对海水储罐内海水进行温度控制，高压海水注入泵用于将海水注入管路系统中，由可控阀组进行流量的控制，同时，由质量流量计计量海水的注入量，并将计量结果传送至环境条件控制单元中。其中，在所述海底上覆海水环境模拟单元，通过在海底界面的上覆空间填充与实际海底环境一致或者相近的海水，实现对于海底界面以上的海洋底层水环境的模拟。其中，所述海底下伏沉积物模拟单元用于对沉积物进行化学分带模拟，沉积物的化学分带自下而上包括厌氧氧化带和次氧氧化带，用于研究海底洋流与海底沉积物分布的交互影响。上述方案中，沉积物的填充形式可改变，可用于研究海洋洋流与海底沉积物分布的交互影响。其中，所述环境条件控制单元包括温度控制装置、压力检测装置、水气循环装置、流体探测记录装置、含硫溶液注入装置、含铁、锰盐溶液注入装置、海水存储装置和处理终端；其中：所述水气循环装置、流体探测记录装置、含硫溶液注入装置、含铁、锰盐溶液注入装置均与所述处理终端电性连接；所述水气循环装置一端通口设置在所述高压模拟舱顶部，另一端设置在高压模拟舱底部，实现高压模拟舱内气液流体的循环；所述温度控制装置包括包裹在所述高压模拟舱外壁水浴换热层、均匀地设置在高压模拟舱内部的若干个温度传感器和温度控制器；所述温度传感器输出端与所述处理终端电性连接；所述温度控制器输出端与所述水浴换热层电性连接；所述温度控制器控制端与所述处理终端电性连接；所述压力检测装置包括若干个压力传感器，所述压力传感器均匀地设置在高压模拟舱内部；所述压力传感器输出端与所述处理终端电性连接；所述海水存储装置包括第二海水储罐、第二热交换机组、第二高压海水注入泵、第二可控阀组和第二质量流量计；所述第二热交换机组设置在所述第二海水储罐上，用于海水的热量转换；所述第二海水储罐通过第二高压海水注入泵、第二可控阀组与所述管路系统连通；所述第二质量流量计设置在所述第二可控阀组出口处；所述处理终端与所述注入泵组、调节阀、热交换机组、高压海水注入泵、可控阀组、质量流量计、控制器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.海底洋流模拟装置，其特征在于：包括高压模拟舱(1)，在所述高压模拟舱(1)中进行地质分层构建，由上到下包括海底上覆海水环境模拟单元(2)、海底界面模拟单元(3)、海底下伏沉积物模拟单元(4)；还包括环境条件控制单元(5)，用于装置内部环境条件的控制及数据的采集；其中：/n所述海底界面模拟单元(3)设置有海底流注入系统(6)，所述海底流注入系统(6)用于向海底界面模拟单元(3)注入深海海水，达到洋流模拟的作用。/n

【技术特征摘要】
1.海底洋流模拟装置，其特征在于：包括高压模拟舱(1)，在所述高压模拟舱(1)中进行地质分层构建，由上到下包括海底上覆海水环境模拟单元(2)、海底界面模拟单元(3)、海底下伏沉积物模拟单元(4)；还包括环境条件控制单元(5)，用于装置内部环境条件的控制及数据的采集；其中：
所述海底界面模拟单元(3)设置有海底流注入系统(6)，所述海底流注入系统(6)用于向海底界面模拟单元(3)注入深海海水，达到洋流模拟的作用。


2.权利要求1所述的海底洋流模拟装置，其特征在于：所述海底流注入系统(6)包括若干喷口(61)、管路系统(62)、注入泵组(63)、调节阀(64)和海水制备系统(65)；其中：
所述喷口(61)设置在海底界面处，通过所述管路系统(62)与所述海水制备系统(65)连接；
所述注入泵组(63)、调节阀(64)均设置在所述管路系统(62)上；
所述注入泵组(63)、调节阀(64)和海水制备系统(65)均与所述环境条件控制单元(5)电性连接。


3.根据权利要求2所述的海底洋流模拟装置，其特征在于：在所述喷口(61)上设置有控制器，所述控制器与所述环境条件控制单元(5)电性连接，用于控制喷口(61)的射程、喷洒面积和喷射方向。


4.根据权利要求3所述的海底洋流模拟装置，其特征在于：所述海水制备系统(65)包括海水储罐(651)、热交换机组(652)、高压海水注入泵(653)、可控阀组(654)和质量流量计(655)；其中：
所述热交换机组(652)设置在所述海水储罐(651)上，用于海水的热量转换；
所述海水储罐(651)通过高压海水注入泵(653)、可控阀组(654)与所述管路系统(62)连通；
所述质量流量计(655)设置在所述可控阀组(654)出口处；
所述热交换机组(652)、高压海水注入泵(653)、可控阀组(654)、质量流量计(655)均与所述环境条件控制单元(5)电性连接。


5.根据权利要求4所述的海底洋流模拟装置，其特征在于：在所述海底上覆海水环境模拟单元(2)，通过在海底界面的上覆空间填充与实际海底环境一致或者相近的海水，实现对于海底界面以上的海洋底层水环境的模拟。


6.根据权利要求4所述的海底洋流模拟装置，其特征在于：所述海底下伏沉积物模拟单元(4)用于对沉积物进行化学分带模拟，沉积物的化学分带自下而上包括厌氧氧化带(41)和次氧氧化带(42)，用于研究海底洋流与海底沉积物分布的交互影响。


7.根据权利要求4所述的海底洋流模拟装置，其特征在于：所述环境条件控制单元(5)包括温度控制装置(51)、压力检测装置(52)、水气循环装置(53)、流体探测记录装置(54)、含硫溶液注入装置(55)、含铁、锰盐溶液注入装置(56)、海水存储装置(57)和处理终端(58)；其中：
所述水气循环装置(53)、流体探测记录装置(54)、含硫溶液注入装置(55)、含铁、锰盐溶液注入装置(56)均与所述处理终端(58)电性连接；
所述水气循环装置(53)一端通口设置在所述高压模拟舱(1)顶部，另一端设置在高压模拟舱(1)底部，实现高压模拟舱(1)内气液流体的循环；
所述温度控制装置(51)包括包裹在所述高压模拟舱(1)外壁水浴换热层(511)、均匀地设置在高压模拟舱(1)内部的若干个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张偲，冯景春，杨志峰，孙龙涛，李洁，郑红波，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44