目前许多国家研制了深海热液采样器对深海热液进行采样供后续分析和研究,但大多采样器不具有保温和保压功能,有些有保温功能的采样器需要深潜器提供较大的电流对其加热和温度控制,而被动保温和保压的采样器还尚未有成功研制的报道。本课题主要内容是将有限元技术应用到采样筒的保温方案设计、结构设计和流场分析中,得到一个较为成熟的采样筒有限元模型,为采样筒的设计提供理论基础。 基于模型,结合实验,首先对保温进行了分析和设计,主要对采样筒内筒的自吸热、保温层的厚度保温材料的导热系数、支撑结构、毛细管的长度及粗细、柔性保温方法等方面进行了分析,得到了各因素与整体保温效果的关系,最终产生了几种能满足保温指标的采样筒设计方案,为样机的制造提供理论指导。 为了解决采样筒自吸热问题,提出了深海热液预热方案,即采样结束后继续通过热液的冲力冲刷内筒体进行预热,以达到更好的保温效果。其中的入口形状、进出口毛细管内径、预热出口的位置3个因素对预热过程中的内流场的影响较大,因此通过有限元方法对上述3个因素对内流场的影响进行了模拟,得到较好的设计方案。 基于模型和理论计算方法,对采样筒内筒进行了应力分析和结构优化设计,得到满足应力极限条件下采样筒内筒的最优化设计方案。