深海微生物采集系统仿真与实验研究

论文摘要

在深海热液喷口的高温、高压、高盐、强酸、低营养和低溶氧度等极端环境中,蕴藏着丰富的微生物资源。因其所特有的生理和基因特性,深海极端微生物的研究日益被重视。为了开展深海极端微生物的研究,科学家们需要大量的保真深海极端微生物样品。浓缩采样系统是获得深海极端微生物的重要设备。本文开展了深海极端微生物采集系统的仿真和实验研究。本文针对深海极端微生物采集系统,分析了采集系统多点采样过程、无污染无压力突变采样、高压采样筒、大流量滤芯过滤等关键技术。基于ANSYS软件,建立了高压采样筒三维有限元模型,开展了高压采样筒在深海采样过程中不同深度的应力和应变仿真与分析,其结果表明,高压采样筒在深海4500米采样过程中满足设计要求。本文建立了模拟深海采样过程过流实验系统,针对不同材质聚丙烯、聚砜型和亲水型的多褶滤芯,开展了模拟不同采样深度的过流实验,及模拟喷口微生物不同浓度的过流实验,获得了多褶滤芯在高压与常压环境下压力与流量特性和不同材质多褶滤芯的压力与流量特性、过滤效果和堵点特性等,实验结果表明,多褶滤芯达到设计技术要求,推荐海试采用聚砜型多褶滤芯。本文采用AMESim仿真软件,建立了深海极端微生物采集系统的液压系统仿真模型,开展了采集系统在深海采样过程中采集微生物仿真研究,获得了多褶滤芯在高压与常压下的压力和流量特性,不同材质的多褶滤芯在不同微生物浓度下过流性能,仿真与实验结果基本一致,证明了仿真模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 深海极端微生物研究历史
• 1.1.2 深海极端微生物研究意义
• 1.2 深海极端微生物取样技术现状与发展趋势
• 1.2.1 国外深海极端微生物取样技术现状
• 1.2.2 国内深海极端微生物取样技术现状
• 1.2.3 深海极端微生物取样技术发展趋势
• 1.3 有限元分析技术
• 1.4 液压仿真技术
• 1.5 课题来源
• 1.6 研究意义与目的
• 1.7 本文主要研究内容
• 第二章 深海极端微生物采集系统方案
• 2.1 采集系统设计指标
• 2.2 采集系统采样过程
• 2.2.1 深海浓缩采集系统
• 2.2.2 微生物采集过程
• 2.3 采集系统技术方案
• 2.3.1 无污染、无压力突变保压取样方案研究
• 2.3.2 高压采样筒方案
• 2.3.3 多褶膜大流量过滤技术方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 采样筒有限元仿真与分析
• 3.1 采样筒有限元建模
• 3.1.1 采样筒体模型及材料属性
• 3.1.2 单元选择及网格划分
• 3.1.3 边界条件
• 3.2 有限元仿真结果及分析
• 3.2.1 有限元仿真结果
• 3.2.2 分析与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 采集系统过滤特性实验研究
• 4.1 极端微生物浓缩采集原理
• 4.2 多褶滤芯
• 4.3 模拟采集实验装置建立
• 4.3.1 高压环境实验系统
• 4.3.2 常压实验系统
• 4.4 采集系统过滤实验
• 4.4.1 模拟不同海水深度过滤实验
• 4.4.2 模拟不同浓度微生物过滤实验
• 4.5 实验结论
• 4.6 本章小结
• 第五章 采集系统海水环境采集过程仿真
• 5.1 采集系统仿真模型建立
• 5.1.1 多褶滤芯模型建立
• 5.1.2 液压泵的模型建立
• 5.1.3 采集系统模型建立
• 5.2 采集系统不同深度采集仿真
• 5.2.1 4500米水深采集仿真
• 5.2.2 3000米水深采集仿真
• 5.2.3 1500米深度采样过程仿真
• 5.2.4 采样器不同深度过流特性
• 5.3 采集系统不同滤芯采集仿真
• 5.3.1 聚丙烯滤芯
• 5.3.2 聚砜型滤芯
• 5.3.3 亲水型滤芯
• 5.4 本章小结
• 第六章 采样系统仿真与实验对比研究
• 6.1 不同滤芯的过流特性
• 6.1.1 聚丙烯滤芯
• 6.1.2 聚砜型滤芯
• 6.1.3 亲水型滤芯
• 6.2 不同环境压力过流特性的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果