專利名稱：熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬現(xiàn)代海底熱液體系環(huán)境，進(jìn)行熱液羽狀體在海水中擴(kuò)散過程研究的實(shí)驗(yàn)裝置—熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
熱液羽狀本在海水中的物理、化學(xué)演化過程涉及到物理海洋、海洋地質(zhì)以及深海生物等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，且在更新、更深的層次上影響著海洋環(huán)境，是現(xiàn)代海底熱液活動(dòng)研究的重要內(nèi)容。熱液流體噴出海底，在上升的過程中同周圍的海水不斷地發(fā)生混合，達(dá)到浮力中性面后開始橫向運(yùn)移，其上升高度可達(dá)幾百米，橫向范圍達(dá)到幾公里甚至十幾公里。目前，對(duì)熱液羽狀體擴(kuò)散過程的系統(tǒng)研究主要在三個(gè)方面一是現(xiàn)場(chǎng)資料收集，其中包括借助濁度儀等探測(cè)設(shè)備對(duì)羽狀體異常的監(jiān)測(cè)和利用野外采樣器取得樣品的研究分析，然而野外調(diào)查需要花費(fèi)大量的人力和物力，即使如此也很難獲得連續(xù)的資料；一方面則是數(shù)值模擬研究，數(shù)值模擬可以在整體上認(rèn)識(shí)熱液羽狀體的演化規(guī)律，然而受限于熱液環(huán)境的復(fù)雜性以及現(xiàn)場(chǎng)資料的缺乏，很難真實(shí)的反映熱液羽狀體的演化過程；另一方面是實(shí)驗(yàn)?zāi)M，實(shí)驗(yàn)研究資料不僅可以為數(shù)值模型提供必要的熱、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果，而且能夠彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)資料的不足，為野外探測(cè)工作提供必要的理論指導(dǎo)。迄今，國內(nèi)的熱液系統(tǒng)方面實(shí)驗(yàn)裝置大都是國外引進(jìn)，且多為水巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，而國外這方面的實(shí)驗(yàn)裝置較多關(guān)注物理海洋方面的研究，未涉及海底異常環(huán)境下羽狀體化學(xué)過程的研究。因此，開發(fā)可模擬海底環(huán)境，進(jìn)行熱液羽狀體物理、化學(xué)擴(kuò)散過程研究的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠大大加快我國對(duì)現(xiàn)代海底熱液活動(dòng)這一世界熱點(diǎn)科學(xué)問題的系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套可以模擬熱液環(huán)境，進(jìn)行海底熱液羽狀體擴(kuò)散過程研究的實(shí)驗(yàn)裝置，即熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明包括與可連接野外采樣器的截止閥相連通的圓筒形擴(kuò)散反應(yīng)艙、壓力控制裝置和相應(yīng)的可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的計(jì)算機(jī)控制裝置，其特征是它還包括與擴(kuò)散反應(yīng)艙體底端相連的液體試樣泵入裝置。
所述的液體試樣泵入裝置包括試樣容器、高壓輸液泵、三通閥、兩通閥和預(yù)熱裝置。其連接方式為與擴(kuò)散反應(yīng)艙連通的鈦管通過預(yù)熱裝置，依次連接兩通閥、高壓輸液泵和試樣容器；或者通過擴(kuò)散反應(yīng)艙側(cè)壁的觀測(cè)窗口，以相連通的鈦管穿過預(yù)熱裝置并依次同兩通閥、三通閥和高壓輸液泵相連接。
所述的壓力控制裝置包括高壓輸液泵、兩通閥、三通閥和蓄能器。其連接方式為擴(kuò)散反應(yīng)艙通過其底端的鈦管與三通閥相連通，該三通閥另外兩端分別連接蓄能器，和與高壓泵相連的兩通閥。
考慮到液體試料的進(jìn)樣和對(duì)熱液羽狀體擴(kuò)散過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、取樣和同多種傳感器連接的需要，在擴(kuò)散反應(yīng)艙的側(cè)壁開有至少一對(duì)正對(duì)的觀測(cè)窗口。
考慮到實(shí)驗(yàn)安全的需要，在擴(kuò)散反應(yīng)艙的頂端設(shè)置一個(gè)通過鈦管與擴(kuò)散反應(yīng)艙體相連接的安全溢流閥。
考慮到實(shí)時(shí)取樣的需要，在擴(kuò)散反應(yīng)艙的頂端設(shè)置一個(gè)經(jīng)由鈦管與擴(kuò)散反應(yīng)艙相連的取樣閥。
由此構(gòu)筑的本發(fā)明，不僅僅可以進(jìn)行熱液羽狀體擴(kuò)散過程實(shí)驗(yàn)研究，還可以進(jìn)行水巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)多種傳感器的校正。


圖1本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1截止閥 2擴(kuò)散反應(yīng)艙 3觀測(cè)窗口 4安全溢流閥 5取樣閥 6計(jì)算機(jī)控制裝置7蓄能器 8三通閥 9兩通閥 10高壓泵 11兩通閥 12三通閥 13兩通閥 14高壓輸液泵 15試樣容器 16預(yù)熱裝置 17預(yù)熱裝置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括與司連接野外采樣器的截止閥1相連通的圓柱形擴(kuò)散反應(yīng)艙2、壓力控制裝置和相應(yīng)的可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的計(jì)算機(jī)控制裝置6，其特征是它還包括與擴(kuò)散反應(yīng)艙2底端相連的液體試樣泵入裝置。
所述的液體試樣泵入裝置包括試樣容器15、高壓輸液泵14、兩通閥11、三通閥12、兩通閥13、預(yù)熱裝置16和預(yù)熱裝置17。其連接方式為與擴(kuò)散反應(yīng)艙2連通的鈦管通過預(yù)熱裝置16，依次連接兩通閥11、三通閥12、高壓輸液泵14和試樣容器15；或者通過擴(kuò)散反應(yīng)艙2側(cè)壁的觀測(cè)窗口3，由與擴(kuò)散反應(yīng)艙2相連通的鈦管穿過預(yù)熱裝置17依次同兩通閥13、三通閥12和高壓輸液泵14相連接。上述的預(yù)熱裝置16和預(yù)熱裝置17為通常的加熱裝置，包括加熱層和保溫層，可以使進(jìn)入擴(kuò)散反應(yīng)艙2的液體具有熱液流體特征。
考慮到對(duì)熱液羽狀體擴(kuò)散過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，在擴(kuò)散反應(yīng)艙2的側(cè)壁開有至少一對(duì)正對(duì)的觀測(cè)窗口3；為了進(jìn)行熱液羽狀體橫向運(yùn)移過程的實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)窗口3可以作為液體試料進(jìn)樣的通道；此外，觀測(cè)窗口3還可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要，加載相應(yīng)的攝像裝置、激光裝置和不同的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)反應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以對(duì)不同的傳感器進(jìn)行校正。
所述的壓力控制裝置包括高壓泵10、兩通閥9、三通閥8和蓄能器7。其連接方式為擴(kuò)散反應(yīng)艙2通過其底端的鈦管與三通閥8相連通，該三通閥8另外兩端分別連接蓄能器7，和與高壓泵10相連的兩通閥9。所述的高壓泵10為市售產(chǎn)品。加壓時(shí)，加壓液體依次經(jīng)過高壓泵10、兩通閥9、三通閥8進(jìn)入擴(kuò)散反應(yīng)艙2，對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)艙2進(jìn)行加壓，當(dāng)擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)的壓力高于或者低于實(shí)驗(yàn)壓力時(shí)，蓄能器7自動(dòng)啟動(dòng)，通過三通閥8，對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)的壓力自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此蓄能器7可以維持筒體1內(nèi)的壓力，使其不會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)。
又在擴(kuò)散反應(yīng)艙2的頂端設(shè)置一個(gè)安全溢流閥4，可以保證實(shí)驗(yàn)過程的安全，熱液反應(yīng)涉及到高壓的環(huán)境，當(dāng)擴(kuò)散反應(yīng)艙內(nèi)部的壓力超過設(shè)定壓力之后，安全溢流閥4將自動(dòng)溢出熱液流體，并保持筒體2的內(nèi)部壓力。上述安全溢流閥4為市售產(chǎn)品在擴(kuò)散反應(yīng)艙的頂端又設(shè)置一個(gè)經(jīng)由鈦管與擴(kuò)散反應(yīng)艙相連的取樣閥5，以便在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)地取得少量的樣品。
上述的取樣閥5以及兩通閥9、11與兩通閥13和三通閥8、12都是市售的產(chǎn)品。
進(jìn)行熱液羽狀體擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)時(shí)首先在擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)注滿海水，利用壓力控制裝置對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)艙2加壓到設(shè)定值，液體試料的進(jìn)樣方式有兩種，第一種可進(jìn)行熱液羽狀體縱向方向運(yùn)移過程的研究，配置好的液體試樣經(jīng)由高壓輸液泵14，依次通過三通閥12和兩通閥11，經(jīng)過包有預(yù)熱裝置16的鈦管加熱到設(shè)定溫度，進(jìn)入到擴(kuò)散反應(yīng)艙內(nèi)2；另外一種方式則是液體試樣經(jīng)由高壓輸液泵14，依次通過三通閥12、兩通閥13經(jīng)過包有預(yù)熱裝置17的鈦管加熱到設(shè)定溫度，進(jìn)入擴(kuò)散反應(yīng)艙2，這種進(jìn)樣的方式可以進(jìn)行羽狀體的橫向運(yùn)移過程的研究，進(jìn)入擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)的液體試樣的速度由高壓輸液泵14控制。若需要監(jiān)測(cè)擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)的反應(yīng)，可通過外設(shè)的加載在觀測(cè)窗口3的監(jiān)測(cè)裝置，如一端是攝像裝置，另外一端則設(shè)置一光源相配合；如果一端為激光發(fā)射裝置，另外一端則設(shè)置為激光接收裝置；觀測(cè)窗口3上還可以加載所需的多種傳感器，既可以利用傳感器收集擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)熱液樣品的異常數(shù)據(jù)，還可以對(duì)一些傳感器的參數(shù)進(jìn)行校正；觀測(cè)窗口3也可以作為取樣的通道，同時(shí)獲取擴(kuò)散反應(yīng)艙內(nèi)2不同位置的反應(yīng)樣品。通過這些觀測(cè)裝置獲得的數(shù)據(jù)資料通過數(shù)據(jù)線直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制裝置6，進(jìn)行保存處理。
進(jìn)行水巖反應(yīng)時(shí)首先在擴(kuò)散反應(yīng)艙2內(nèi)加入巖石樣品和液體樣品，利用壓力控制裝置對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)艙進(jìn)行加壓，利用加熱層對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)艙進(jìn)行加溫，實(shí)驗(yàn)的過程中，可以通過擴(kuò)散反應(yīng)艙頂端的取樣閥5取得少量的樣品。
由此構(gòu)筑的本發(fā)明，結(jié)構(gòu)合理，實(shí)用性強(qiáng)，可進(jìn)行現(xiàn)代海底熱液羽狀體擴(kuò)散過程和水巖反應(yīng)等的多種實(shí)驗(yàn)研究。
權(quán)利要求
1.一種熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括與可連接野外采樣器的截止閥(1)相連通的圓柱形擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)、壓力控制裝置和相應(yīng)的可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的計(jì)算機(jī)控制裝置(6)，其特征是它還包括與擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)底端相連的液體試樣泵入裝置，該液體試樣泵入裝置包括試樣容器(15)、高壓輸液泵(14)、三通閥(12)、兩通閥(11)、和預(yù)熱裝置(16)，其連接方式為與擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)連通的鈦管穿過預(yù)熱裝置(16)，依次連接兩通閥(11)、三通閥(12)、高壓輸液泵(14)和進(jìn)樣容器(15)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是上述液體試樣泵入裝置的連接方式還可經(jīng)由擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)側(cè)壁的觀測(cè)窗口(3)，以相連通的鈦管穿過預(yù)熱裝置(17)并依次同兩通閥(13)、三通閥(12)和高壓輸液泵(14)相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是上述在擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)的側(cè)壁開有至少一對(duì)正對(duì)的觀測(cè)窗口(3)。
4.、如權(quán)利要求1所述的熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的壓力控制裝置包括高壓泵(10)、兩通閥(9)、三通閥(8)和蓄能器(7)，其連接方式為擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)通過其底端的鈦管與三通閥(8)相連通，該三通閥(8)另外兩端分別連接蓄能器(7)，和與高壓泵(10)相連的兩通閥(9)。
5.如權(quán)利要求1所述的熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)的頂端設(shè)置一個(gè)安全溢流閥(4)。
6.如權(quán)利要求1所述的熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)的頂端設(shè)置一個(gè)經(jīng)由鈦管與擴(kuò)散反應(yīng)艙(2)相連的取樣閥(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱液羽狀體擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置。包括與截止閥相連通的圓筒形擴(kuò)散反應(yīng)艙、壓力控制裝置和相應(yīng)的可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的計(jì)算機(jī)控制裝置，其特征是它還包括與擴(kuò)散反應(yīng)艙體底端相連的包括試樣容器、高壓輸液泵、三通閥、兩通閥和預(yù)熱裝置的液體試樣泵入裝置。且在擴(kuò)散反應(yīng)艙的側(cè)壁開有至少一對(duì)正對(duì)的觀測(cè)窗口。在底端設(shè)置一個(gè)與擴(kuò)散反應(yīng)艙相連的安全溢流閥。又考慮到實(shí)時(shí)取樣的需要，在擴(kuò)散反應(yīng)艙的頂端設(shè)置一個(gè)經(jīng)由鈦管與擴(kuò)散反應(yīng)艙相連的取樣閥。以及包括高壓輸液泵、兩通閥、三通閥和蓄能器的壓力控制裝置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，實(shí)用性強(qiáng)，可進(jìn)行現(xiàn)代海底熱液羽狀體擴(kuò)散過程和水巖反應(yīng)等多種實(shí)驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)B01L99/00GK1810376SQ20051004518
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者翟世奎, 李懷明, 于增慧, 周東輝 申請(qǐng)人:中國海洋大學(xué)