基于FLUENT的深海熱液羽狀流流動模擬.pdf

1、作為深部地球與海洋之間物質(zhì)與能量交換的橋梁，海底熱液活動具有重要的理論和現(xiàn)實意義。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，海底熱液噴溢形成的硫化物礦富含金、銀、銅等多種金屬，分布比較集中，開發(fā)技術(shù)難度小、開發(fā)效率高，自然生長速度快。在陸地礦藏資源日益枯竭的形勢下，深海硫化物礦逐漸成為最具開采前景的海底礦產(chǎn)資源之一，然而，到目前為止，仍然沒有準(zhǔn)確定位硫化物礦的有效手段，這使深海硫化物礦的勘探開發(fā)受到很大制約。深海熱液羽狀流的流動模擬對解決以上問題有很大幫助。

2、模擬試驗熱羽流的水動力學(xué)過程不但能夠更好地理解熱羽流的運動規(guī)律，還可以通過反演熱羽流的運動過程，快速準(zhǔn)確定位熱液噴口，為深海熱液硫化物礦的探尋提供技術(shù)支持。
　　本文基于流體力學(xué)基本理論（動量平衡、物質(zhì)平衡與擴(kuò)散理論）與現(xiàn)有的熱液活動分析模型，應(yīng)用FLUENT軟件模擬出了熱液羽狀流噴發(fā)后在海底的擴(kuò)散形態(tài)，具體工作包括以下三個方面:
　　(1)通過對已有研究資料進(jìn)行分析，總結(jié)出了海底熱液活動的全球分布及熱液活動發(fā)生的構(gòu)造環(huán)境和

3、區(qū)域地形環(huán)境。從理論層次上掌握了底層流、海水層結(jié)、地球自轉(zhuǎn)等實際因素對熱液羽狀流擴(kuò)散可能造成的影響，并歸納了已有的熱液羽狀流擴(kuò)散理論模型。
　　(2)本模擬采用Speer和Rona的初始條件，模擬算出當(dāng)噴發(fā)速度為0.4 m/s時，熱液上升的最大高度約為400m，而Speer和Rona通過差分法估算出的上升高度是437 m，二者之差為經(jīng)驗值的8.5％，在可接受的范圍內(nèi)。此外，模擬的熱液擴(kuò)散過程中溫度及熱液柱橫截面積的變化趨勢與前人的

4、經(jīng)驗結(jié)果基本一致，這充分說明用FLUENT軟件對熱液擴(kuò)散形態(tài)進(jìn)行模擬是可行的。
　　(3)為了進(jìn)一步了解熱液擴(kuò)散的機(jī)制，本文模擬分析了五種不同熱通量的熱液擴(kuò)散。結(jié)果表明噴發(fā)溫度、熱源半徑、噴發(fā)初速度對熱液擴(kuò)散的影響主要表現(xiàn)在熱液剛噴發(fā)時的上升速度和熱量擴(kuò)散速度以及熱液能夠上升的最大高度等方面，而對熱液擴(kuò)散的幾何形狀沒有太明顯的影響，隨著熱通量的增加，熱液上升高度和穩(wěn)態(tài)時熱液柱的橫截面積相應(yīng)增大。
　　本文將模擬分析結(jié)果與前人