[发明专利]一种深海羽流热源通量和源浮力通量的预测方法及应用

权利要求书

1.深海羽流热源通量和源浮力通量的预测方法，所述深海羽流为双喷口热液羽流，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取单喷口热液羽流中性浮力层高度的半经验公式Z_neutral＝C_neutral(B_exttN^-3)^1/4，

其中，C_neutral为单喷口热液羽流中性浮力层高度半经验计算公式中的经验系数；N为背景浮力频率，计算公式如下所示：

其中为当前海域的深度密度函数中海水密度相对于海水深度的变化率；

B_exit为源浮力通量，受喷口质量流量Q_exit影响；B_exit和Q_exit的计算公式如下：

其中，ρ_exit为热液喷发高度范围内的热液的密度，ρ_bottom为海水底部密度，g为重力加速度取9.81m/s²；

Q_exit＝πr²V_exit

V_exit为喷口热液羽流的喷发速度；r为喷口半径

使用Ansys fluent软件，采用realizable k-ε模型，设置若干组工况，进行数值仿真，通过数据拟合，得到C_neutral的数值；

S2、基于所述半经验公式，构建不同强度双喷口海底热液羽流的放大因子模型：

假设，热液羽流受外部影响的剧烈程度与两者的喷发强度有关，两个源强度不同的海底热液羽流合并时，单个羽流的上升高度受到两个羽流的源浮力通量比值F^*的影响；得到不同强度双喷口海底热液羽流的放大因子模型如下所示；

其中C₀至C₄是未定的系数，需要通过非线性拟合确定；

Ri表征的物理量是浮力与动量的比值，计算公式如下：

双喷口热液系统中，通过如下式所示的方法，得到两个喷口的源浮力通量比值F^*和源分离程度L^*

其中，B_1exit、B_2exit分别代表双喷口系统中热液喷口的源浮力通量；下脚标1、2分别代表双喷口系统中第一、第二喷口参数

双喷口热液系统中，通过如下式所示的方法，得到两个喷口的源分离程度L^*

L^*＝L/(B_exitN^-3)^1/4

L代表两个喷口之间的距离；

S3、基于所述放大因子模型，计算中性浮力层高度的放大系数；

S4、基于所述放大系数，进行源浮力通量和热源通量的预测。

2.如权利要求1所述的深海羽流热源通量和源浮力通量的预测方法，其特征在于，

所述S3具体包括以下步骤：

使用Ansys fluent软件，采用realizabje k-ε模型，设置的若干组工况，进行数值仿真，提取双喷口热液羽流的中性浮力层高度Z_2，neutral的数据，通过ξ_neutral＝Z_2，neutral/Z_neutral，得到中性浮力层高度的放大系数ξ_neutral的数据，通过双喷口热液羽流的中性浮力层高度Z_2.neutral的数据和中性浮力层高度的放大系数ξ_neutral的数据对进行拟合，得到中性浮力层高度的放大系数ξ_neutral的计算公式如下所示：