CN100379494C - 热液羽状体扩散模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热液羽状体扩散模拟实验装置。包括与截止阀相连通的圆筒形扩散反应舱、压力控制装置和相应的可同时进行数据采集的计算机控制装置，其特征是它还包括与扩散反应舱体底端相连的包括试样容器、高压输液泵、三通阀、两通阀和预热装置的液体试样泵入装置。且在扩散反应舱的侧壁开有至少一对正对的观测窗口。在底端设置一个与扩散反应舱相连的安全溢流阀。又考虑到实时取样的需要，在扩散反应舱的顶端设置一个经由钛管与扩散反应舱相连的取样阀。以及包括高压输液泵、两通阀、三通阀和蓄能器的压力控制装置。本发明结构合理，实用性强，可进行现代海底热液羽状体扩散过程和水岩反应等多种实验研究。

Description

热液羽状体扩散模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟现代海底热液体系环境，进行热液羽状体在海水中扩散过程研究的实验装置一热液羽状体扩散模拟实验装置。

背景技术

热液羽状体在海水中的物理、化学演化过程涉及到物理海洋、海洋地质以及深海生物等多个学科领域，且在更新、更深的层次上影响着海洋环境，是现代海底热液活动研究的重要内容。热液流体喷出海底，在上升的过程中同周围的海水不断地发生混合，达到浮力中性面后开始横向运移，其上升高度可达几百米，横向范围达到几公里甚至十几公里。目前，对热液羽状体扩散过程的系统研究主要在三个方面：一是现场资料收集，其中包括借助浊度仪等探测设备对羽状体异常的监测和利用野外采样器取得样品的研究分析，然而野外调查需要花费大量的人力和物力，即使如此也很难获得连续的资料；一方面则是数值模拟研究，数值模拟可以在整体上认识热液羽状体的演化规律，然而受限于热液环境的复杂性以及现场资料的缺乏，很难真实的反映热液羽状体的演化过程；另一方面是实验模拟，实验研究资料不仅可以为数值模型提供必要的热、动力学参数、验证数值模拟结果，而且能够弥补现场资料的不足，为野外探测工作提供必要的理论指导。迄今，国内的热液系统方面实验装置大都是国外引进，且多为水岩反应实验研究，而国外这方面的实验装置较多关注物理海洋方面的研究，未涉及海底异常环境下羽状体化学过程的研究。因此，开发可模拟海底环境，进行热液羽状体物理、化学扩散过程研究的实验装置，能够大大加快我国对现代海底热液活动这一世界热点科学问题的系统研究。

发明内容

本发明的目的是提供一套可以模拟热液环境，进行海底热液羽状体扩散过程研究的实验装置，即热液羽状体扩散模拟实验装置。

本发明包括与可连接野外采样器的截止阀相连通的圆筒形扩散反应舱、压力控制装置和相应的可同时进行数据采集的计算机控制装置，其特征是它还包括与扩散反应舱体底端相连的液体试样泵入装置。

所述的液体试样泵入装置包括试样容器、高压输液泵、三通阀、两通阀和预热装置。其连接方式为：与扩散反应舱连通的钛管通过预热装置，依次连接两通阀、高压输液泵和试样容器；或者通过扩散反应舱侧壁的观测窗口，以相连通的钛管穿过预热装置并依次同两通阀、三通阀和高压输液泵相连接。

所述的压力控制装置包括高压输液泵、两通阀、三通阀和蓄能器。其连接方式为：扩散反应舱通过其底端的钛管与三通阀相连通，该三通阀另外两端分别连接蓄能器，和与高压泵相连的两通阀。

考虑到液体试料的进样和对热液羽状体扩散过程的实时监测、取样和同多种传感器连接的需要，在扩散反应舱的侧壁开有至少一对正对的观测窗口。

考虑到实验安全的需要，在扩散反应舱的顶端设置一个通过钛管与扩散反应舱体相连接的安全溢流阀。

考虑到实时取样的需要，在扩散反应舱的顶端设置一个经由钛管与扩散反应舱相连的取样阀。

由此构筑的本发明，不仅仅可以进行热液羽状体扩散过程实验研究，还可以进行水岩反应实验，以及对多种传感器的校正。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图。

其中1截止阀2扩散反应舱3观测窗口4安全溢流阀5取样阀6计算机控制装置7蓄能器8三通阀9两通阀10高压泵11两通阀12三通阀13两通阀14高压输液泵15试样容器16预热装置17预热装置。

具体实施方式

本发明包括与可连接野外采样器的截止阀1相连通的圆柱形扩散反应舱2、压力控制装置和相应的可同时进行数据采集的计算机控制装置6，其特征是它还包括与扩散反应舱2底端相连的液体试样泵入装置。

所述的液体试样泵入装置包括试样容器15、高压输液泵14、两通阀11、三通阀12、两通阀13、预热装置16和预热装置17。其连接方式为：与扩散反应舱2连通的钛管通过预热装置16，依次连接两通阀11、三通阀12、高压输液泵14和试样容器15；或者通过扩散反应舱2侧壁的观测窗口3，由与扩散反应舱2相连通的钛管穿过预热装置17依次同两通阀13、三通阀12和高压输液泵14相连接。上述的预热装置16和预热装置17为通常的加热装置，包括加热层和保温层，可以使进入扩散反应舱2的液体具有热液流体特征。

考虑到对热液羽状体扩散过程的实时监测的需要，在扩散反应舱2的侧壁开有至少一对正对的观测窗口3；为了进行热液羽状体横向运移过程的实验，观测窗口3可以作为液体试料进样的通道；此外，观测窗口3还可以根据不同的实验需要，加载相应的摄像装置、激光装置和不同的传感器，实现对扩散反应舱2内反应的实时监测，同时可以对不同的传感器进行校正。

所述的压力控制装置包括高压泵10、两通阀9、三通阀8和蓄能器7。其连接方式为：扩散反应舱2通过其底端的钛管与三通阀8相连通，该三通阀8另外两端分别连接蓄能器7，和与高压泵10相连的两通阀9。所述的高压泵10为市售产品。加压时，加压液体依次经过高压泵10、两通阀9、三通阀8进入扩散反应舱2，对扩散反应舱2进行加压，当扩散反应舱2内的压力高于或者低于实验压力时，蓄能器7自动启动，通过三通阀8，对扩散反应舱2内的压力自动进行调节。因此蓄能器7可以维持扩散反应舱2内的压力，使其不会发生较大的波动。

又在扩散反应舱2的顶端设置一个安全溢流阀4，可以保证实验过程的安全，热液反应涉及到高压的环境，当扩散反应舱内部的压力超过设定压力之后，安全溢流阀4将自动溢出热液流体，并保持扩散反应舱2的内部压力。上述安全溢流阀4为市售产品在扩散反应舱的顶端又设置一个经由钛管与扩散反应舱相连的取样阀5，以便在实验过程中实时地取得少量的样品。

上述的取样阀5以及两通阀9、11与两通阀13和三通阀8、12都是市售的产品。

进行热液羽状体扩散实验时：首先在扩散反应舱2内注满海水，利用压力控制装置对扩散反应舱2加压到设定值，液体试料的进样方式有两种，第一种可进行热液羽状体纵向方向运移过程的研究，配置好的液体试样经由高压输液泵14，依次通过三通阀12和两通阀11，经过包有预热装置16的钛管加热到设定温度，进入到扩散反应舱2内；另外一种方式则是液体试样经由高压输液泵14，依次通过三通阀12、两通阀13经过包有预热装置17的钛管加热到设定温度，进入扩散反应舱2，这种进样的方式可以进行羽状体的横向运移过程的研究，进入扩散反应舱2内的液体试样的速度由高压输液泵14控制。若需要监测扩散反应舱2内的反应，可通过外设的加载在观测窗口3的监测装置，如一端是摄像装置，另外一端则设置一光源相配合；如果一端为激光发射装置，另外一端则设置为激光接收装置；观测窗口3上还可以加载所需的多种传感器，既可以利用传感器收集扩散反应舱2内热液样品的异常数据，还可以对一些传感器的参数进行校正；观测窗口3也可以作为取样的通道，同时获取扩散反应舱内2不同位置的反应样品。通过这些观测装置获得的数据资料通过数据线直接传输到计算机控制装置6，进行保存处理。

进行水岩反应时：首先在扩散反应舱2内加入岩石样品和液体样品，利用压力控制装置对扩散反应舱进行加压，利用加热层对扩散反应舱进行加温，实验的过程中，可以通过扩散反应舱预端的取样阀5取得少量的样品。

由此构筑的本发明，结构合理，实用性强，可进行现代海底热液羽状体扩散过程和水岩反应等的多种实验研究。

Claims (6)

1.一种热液羽状体扩散模拟实验装置，包括与可连接野外采样器的截止阀(1)相连通的圆柱形扩散反应舱(2)、压力控制装置和相应的可同时进行数据采集的计算机控制装置(6)，其特征是它还包括与扩散反应舱(2)底端相连的液体试样泵入装置，该液体试样泵入装置包括试样容器(15)、高压输液泵(14)、三通阀(12)、两通阀(11)、和预热装置(16)，其连接方式为：与扩散反应舱(2)连通的钛管穿过预热装置(16)，依次连接两通阀(11)、三通阀(12)、高压输液泵(14)和试样容器(15)。

2.如权利要求1所述的热液羽状体扩散模拟实验装置，其特征是上述液体试样泵入装置的连接方式还可经由扩散反应舱(2)侧壁的观测窗口(3)，以相连通的钛管穿过预热装置(17)并依次同两通阀(13)、三通阀(12)和高压输液泵(14)相连接。

3.如权利要求1所述的热液羽状体扩散模拟实验装置，其特征是上述在扩散反应舱(2)的侧壁开有至少一对正对的观测窗口(3)。

4.如权利要求1所述的热液羽状体扩散模拟实验装置，其特征是所述的压力控制装置包括高压泵(10)、两通阀(9)、三通阀(8)和蓄能器(7)，其连接方式为：扩散反应舱(2)通过其底端的钛管与三通阀(8)相连通，该三通阀(8)另外两端分别连接蓄能器(7)，和与高压泵(10)相连的两通阀(9)。

5.如权利要求1所述的热液羽状体扩散模拟实验装置，其特征是所述的扩散反应舱(2)的顶端设置一个安全溢流阀(4)。

6.如权利要求1所述的热液羽状体扩散模拟实验装置，其特征是所述的扩散反应舱(2)的顶端设置一个经由钛管与扩散反应舱(2)相连的取样阀(5)。

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