海洋学报（中文版）
海洋學報（中文版）
해양학보（중문판）
ACTA OCEANOLOGICA SINICA
2006年
6期
53-60
,共8页
普通黑烟囱流%巨羽流%数学模型%热液循环系统模拟
普通黑煙囪流%巨羽流%數學模型%熱液循環繫統模擬
보통흑연창류%거우류%수학모형%열액순배계통모의
建立了一种新的管状模型来模拟普通黑烟囱体的热液循环系统,分别用达西方程、湍流方程、Ergun方程和"浮压力差"方程来描述热液循环不同关键环节处的动力学系统,用一个温度场的对流-扩散方程来描述反应区的热能交换及系统的温度变化规律.在联立几个方程并用有效的数值算法及Matlab语言编程求解后,得出了系统中温度、压力及物质流速随时间的变化曲线,并对黑烟囱体内部的动态热平衡和压力平衡进行了分析.在普通黑烟囱体系统模型的基础上进一步建立了巨型羽状流(巨羽流)生成的数学模型.选择胡安·德富卡(Juan de Fuca)洋脊热液喷口对巨羽流的形成进行了模拟,其结果与Baker根据实测数据估算的近似值吻合很好.在上述模型的基础上进一步探讨了巨羽状流形成的一系列条件及主要参数对巨羽流生成周期、温度和最大物质流速等的影响.主要结论如下:巨羽流系统可以由普通黑烟囱系统发展演化而成,其实际过程是普通黑烟囱流系统活动所形成的热液沉积在一定程度上会堵塞热液喷溢通道(相当于形成盖层),造成热液在海底之下积蓄和升温,从而导致浮压力差增大,经过2～3 a(浮压力差达到盖层破裂极限值)则可形成巨羽流系统,巨羽流产生时的热源温度必须超过500 ℃,喷出热液的最高温度为413 ℃左右(与实际观测到的海底热液的最高温度一致).当反应区热源温度增大时,产生巨羽流的临界时间明显变短(可能不到1 a),而临界温度(巨羽流生成时的温度)及巨羽流的最大物质流速几乎不随其变化;随着渗透率的增大,巨羽流的最大物质流速也随之增大,但其增速随渗透率的进一步增大而变缓,并逐渐趋向一个相当于下渗流无摩擦阻力时的极限稳定值.
建立瞭一種新的管狀模型來模擬普通黑煙囪體的熱液循環繫統,分彆用達西方程、湍流方程、Ergun方程和"浮壓力差"方程來描述熱液循環不同關鍵環節處的動力學繫統,用一箇溫度場的對流-擴散方程來描述反應區的熱能交換及繫統的溫度變化規律.在聯立幾箇方程併用有效的數值算法及Matlab語言編程求解後,得齣瞭繫統中溫度、壓力及物質流速隨時間的變化麯線,併對黑煙囪體內部的動態熱平衡和壓力平衡進行瞭分析.在普通黑煙囪體繫統模型的基礎上進一步建立瞭巨型羽狀流(巨羽流)生成的數學模型.選擇鬍安·德富卡(Juan de Fuca)洋脊熱液噴口對巨羽流的形成進行瞭模擬,其結果與Baker根據實測數據估算的近似值吻閤很好.在上述模型的基礎上進一步探討瞭巨羽狀流形成的一繫列條件及主要參數對巨羽流生成週期、溫度和最大物質流速等的影響.主要結論如下:巨羽流繫統可以由普通黑煙囪繫統髮展縯化而成,其實際過程是普通黑煙囪流繫統活動所形成的熱液沉積在一定程度上會堵塞熱液噴溢通道(相噹于形成蓋層),造成熱液在海底之下積蓄和升溫,從而導緻浮壓力差增大,經過2～3 a(浮壓力差達到蓋層破裂極限值)則可形成巨羽流繫統,巨羽流產生時的熱源溫度必鬚超過500 ℃,噴齣熱液的最高溫度為413 ℃左右(與實際觀測到的海底熱液的最高溫度一緻).噹反應區熱源溫度增大時,產生巨羽流的臨界時間明顯變短(可能不到1 a),而臨界溫度(巨羽流生成時的溫度)及巨羽流的最大物質流速幾乎不隨其變化;隨著滲透率的增大,巨羽流的最大物質流速也隨之增大,但其增速隨滲透率的進一步增大而變緩,併逐漸趨嚮一箇相噹于下滲流無摩抆阻力時的極限穩定值.
건립료일충신적관상모형래모의보통흑연창체적열액순배계통,분별용체서방정、단류방정、Ergun방정화"부압력차"방정래묘술열액순배불동관건배절처적동역학계통,용일개온도장적대류-확산방정래묘술반응구적열능교환급계통적온도변화규률.재련립궤개방정병용유효적수치산법급Matlab어언편정구해후,득출료계통중온도、압력급물질류속수시간적변화곡선,병대흑연창체내부적동태열평형화압력평형진행료분석.재보통흑연창체계통모형적기출상진일보건립료거형우상류(거우류)생성적수학모형.선택호안·덕부잡(Juan de Fuca)양척열액분구대거우류적형성진행료모의,기결과여Baker근거실측수거고산적근사치문합흔호.재상술모형적기출상진일보탐토료거우상류형성적일계렬조건급주요삼수대거우류생성주기、온도화최대물질류속등적영향.주요결론여하:거우류계통가이유보통흑연창계통발전연화이성,기실제과정시보통흑연창류계통활동소형성적열액침적재일정정도상회도새열액분일통도(상당우형성개층),조성열액재해저지하적축화승온,종이도치부압력차증대,경과2～3 a(부압력차체도개층파렬겁한치)칙가형성거우류계통,거우유산생시적열원온도필수초과500 ℃,분출열액적최고온도위413 ℃좌우(여실제관측도적해저열액적최고온도일치).당반응구열원온도증대시,산생거우류적림계시간명현변단(가능불도1 a),이림계온도(거우류생성시적온도)급거우류적최대물질류속궤호불수기변화;수착삼투솔적증대,거우류적최대물질류속야수지증대,단기증속수삼투솔적진일보증대이변완,병축점추향일개상당우하삼류무마찰조력시적겁한은정치.
