[发明专利]一种海底热液羽状流声学成像模拟装置与方法

摘要

本发明公开了一种海底热液羽状流声学成像模拟装置与方法。该装置包括采用透声材料加工、呈圆柱形的反应仓；反应仓下端盖外侧具有至少三个与反应仓同轴且嵌套布置的模拟流体喷头，模拟流体喷头与下端盖接触面开有若干出水口；每个模拟流体喷头对应一个样品仓，通过导管连通，导管上设有水泵；样品仓盛放不同温度与颗粒物浓度的水，作为海底热液羽状流的模拟流体；反应仓的上方或者侧方放置图像声呐。该装置可用于模拟海底热液羽状流的声学图像，从而达到对海底热液羽状流声学探测方法与参数的调整。本发明适用于海底热液羽状流的声学探测方法研究，能够定量、直观地模拟海底热液羽状流的声学响应。本发明可在海底热液系统的科学研究中广泛适用。 1

主权项

1.一种海底热液羽状流声学成像模拟装置，其特征在于，包括采用透声材料加工、呈圆柱形的反应仓；反应仓下端盖外侧具有至少三个与反应仓同轴且嵌套布置的模拟流体喷头，模拟流体喷头与下端盖接触面开有若干出水口；每个模拟流体喷头对应一个样品仓，通过液体导管连通，液体导管上设有水泵；样品仓盛放不同温度与颗粒物浓度的水，作为海底热液羽状流的模拟流体；反应仓的上方或者侧方放置图像声呐；模拟流体在水泵的驱动下，经过液体导管至模拟流体喷头，通过出水口向上喷发，模拟流体喷头组成的若干流道由内向外分别模拟上升热液羽状流的不同层位，中心的反应仓模拟上升热液羽状流的中心流体，中心轴处的流体温度、颗粒物浓度与扩散速度最高，外围的流体温度、颗粒物浓度与扩散速度逐渐降低，由此仿真海底热液羽状流的扩散状态；所述反应仓的侧壁设有进液阀和出液阀，进液阀连接进水管道，出液阀连接排水管道。

2.根据权利要求1所述的海底热液羽状流声学成像模拟装置，其特征在于，通过进液阀向反应仓注入不同温度的水模拟热液羽状流周围的背景海水。

3.根据权利要求1所述的海底热液羽状流声学成像模拟装置，其特征在于，每个样品仓中均安装温度传感器实时监测样品仓中模拟流体的温度，并通过空气导管连接空气泵仿真海底热液羽状流中的气泡。

4.根据权利要求1所述的海底热液羽状流声学成像模拟装置，其特征在于，所述图像声呐为宽波束声波发射与接收声呐，进行声波发射接收测试，接收反应仓中模拟流体的声波散射回波信号。

5.根据权利要求1所述的海底热液羽状流声学成像模拟装置，其特征在于，水泵和空气泵的转速能够步进调节，若干个水泵与空气泵的流速调节至服从高斯分布，以反应仓下端盖中心的流速为最高速度，从中心向外侧流速逐级变小。

6.一种海底热液羽状流声学成像模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）保持浓度一致，若干样品仓导入不同温度的悬浮颗粒物的液体，进行声学散射实验，测试温度变化对声学散射参数的影响，采用一定步进的温度阶梯变化研究反向散射强度的响应，分析温度异常流体对声学散射的影响；

（2）保持温度恒定，若干样品仓导入不同浓度的悬浮颗粒物的液体，进行声学散射实验，分析反向散射参数的变化，通过不同的散射边界的变化，以测试悬浮颗粒物与声学散射之间的关系；

（3）仿真海底热液羽状流中温度异常流体与悬浮颗粒物浓度的实际变化机理，随着流体的上升，流体温度与悬浮颗粒物浓度均不断降低，在反应仓中进行模拟，研究二者对声学散射贡献的变化规律；所述反应仓下端盖外侧具有至少三个与反应仓同轴且嵌套布置的模拟流体喷头，每个模拟流体喷头对应一个样品仓，通过液体导管连通。

7.根据权利要求6所述的海底热液羽状流声学成像模拟方法，其特征在于，通过调节水泵的速率，进行声学探测流体扩散速度实验。