双探针型海底热流计的结构优化

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• 责任者：杨小秋^c南海海洋研究所中国科学院边缘海地质重点实验室^d1981^e博士研究生 ; 施小斌 ; 许鹤华 ; 徐行^c广州海洋地质调查局 ; 李官保^c国家海洋局第一海洋研究所 ; 郭兴伟^c青岛海洋地质研究所 ; 罗贤虎
• 刊名：地球物理学报
• 出版年：2009
• 卷期：52^b5
• 关键词：海底环境 ; 热流 ; 仪器20^a量热学 ; 设计 ; 有限元法 ; 数值模拟30^a双探针型海底热流计
• 页码：1280～1288
• 索书号：P260.66/141
• 图表：^c表4参24插图
• 分类号：0700
• 文摘期号：2009/10

摘要

在现有海底热流探针制作技术条件下，首先建立了脉冲式双探针海底测量单元的有限元数值模型，模拟获得多组参数下的温度‐时间数据，作为“实测”数据，再用脉冲加热有限长线热源(PFLS)模型求解待测介质热导率及其相对误差上限(RE_λ‐UL)，并以RE_λ‐UL最小为原则，对双探针热流计的结构进行优化。结果表明：(1)在不同探针脉冲强度(q)、温度测量误差(△T_m)和探针长度(L)组合下，都存在最佳探针间距(Best_‐r)，使得RE_λ‐UL降到最低；(2)随着q增大或△T_m减小，Best_‐r逐渐增大；(3)当q、△T_m及探针半径(a)都给定时，Best_‐r与探针长度(L)呈线性正相关；(4)当a=1.0 mm，且q、△T_m分别取为628.0～1 100.0 J·m^-1、0.5～1.0 mK，若L在20.0～42.0 mm之间时，则Best_‐r在18.0～30.0 mm之间，此时介质热导率相对误差上限可控制在5.5％以内，同时测量温度可在6 min内达到最大值，即脉冲加热开始后，温度测量只需约7 min，便可满足介质热导率的求解，这比目前常用的Lister型热流计所需海底测量时间缩短8 min左右。