超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的实验研究

作者:刘润华;邹大鹏;龙建军;胡少兴 刊名:海洋技术学报 上传者:李平鸽

【摘要】海底渗漏气泡流速是测量海底冷泉渗漏气体流量的主要参数。为了测量海底渗漏气泡流速,利用超声多普勒测量的原理和气泡的二次多普勒效应,提出海底渗漏气泡速度的超声多普勒测量方法。超声多普勒测量根据超声多普勒原理设计了气泡流量测量装置,通过多普勒频移算出海底渗漏气泡流速,同时用视频法测出海底渗漏气泡流速。从多普勒法和视频法的气泡速度数据t分布95%的置信水平误差可知,视频法的气泡速度数据的波动大于多普勒法的气泡速度数据的波动,表明了超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的有效性和准确性,优于视频法测量海底渗漏气泡流速。

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第 35卷 第 2期 2016年 4月 海 洋 技 术 学 报 J0URNAL OF OCEAN TECHNOLOGY Vo1.35,No.2 Apr,2016 doi:10.3969/j.issn.1003-2029.2016.02.008 超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的实验研究 刘润华,邹大鹏 ,龙建军,胡少兴 (广东丁业大学 机电工程学院,广东 广州 510006) 摘 要:海底渗漏气泡流速是测量海底冷泉渗漏气体流量的主要参数。为了测量海底渗漏气泡流 速.利用超声多普勒测量的原理和气泡的二次多普勒效应.提出海底渗漏气泡速度的超声多普勒 测量方法 超声多普勒测量根据超声多普勒原理设计了气泡流量测量装置.通过多普勒频移算出 海底渗 漏气泡流速 .同时用视频法测 出海底渗漏气泡流速。从多普勒法和视频法的气泡速度数据 t分布 95%的置信水平误差可知.视频法的气泡速度数据的波动大于多普勒法的气泡速度数据的 波动.表明了超声多普勒测量海底渗漏气泡流速的有效性和准确性.优于视频法测量海底渗漏气 泡流速 。 关键词:海底冷泉渗漏:多普勒:频移;气泡流速 中图分类号:0429 文献标志码 :A 文章编号 :1003—2029(2016)02—0046—05 海底冷泉渗漏是海洋环境 中广泛分布 的 自然 现象⋯,部分渗漏 到海洋水体 以及 大气 中 ,天然气 的成分主要为甲烷 ,甲烷是重要的温室气体之一, 每年通过海底冷泉天然气渗漏释放 到海洋水体及 大气 中的甲烷 的量是 巨大 的 s ;部 分渗漏天然气 在适合的环境中将生成天然气水合物,储存在水 合物 中的天然气有可能成为未来能源 。人类有必 要对海底冷泉进行观测 ,探测 出海底冷泉天然气 的渗漏量 。 目前测量海底冷泉天然气的渗漏量应用的方 法有 :容积收集法l4 ,利用 收集器直接收集海底冷 泉天然气渗漏的气泡气体 的量 ,难以用于较深 的水 域 和连续观测 ;回波强度检测气泡流量法 ],利用 气泡柱反射 回波的强度 间接检测海洋 中的气泡 的 流量 ,回波信号强度主要取决于被测气泡柱状流界 面的反射 ,回波没有探测到气泡柱状流 内部信息 ; 摄像装置观测渗漏气泡法 ,采用高分辨 CCD获取 气泡流动 图像 ,采用 图像处理软件计算 气泡的直 径,此方法分辨率高,需要光源耗电大,所以适宜短 时观测;遥测红外成像法l1ol,根据甲烷强烈吸收短波 红外线的特性,采用光谱数据评估释放到海面的甲 烷数量 ,该方法适用于大范围的海底冷泉渗漏量定 性估计 ,难以定量测量渗漏量。 本文基于测量前调整气泡状态并用透射声波 测量渗漏气泡流量 的方法_ll 2],在开展 了超声测截 面含气率和光学测气泡流速的实验研究基础上 ,提 出应用超声多普勒测速法测量海底渗漏气泡流速 。 1 超声多普勒测量原理和方法 1.1 超声多普勒测量的原理 多普勒超声流量测量 的原理是基于物理学 中 声波的多普勒效应 ,当超声波声 源和反射界面或散 射体之问存在相对运动时,被反射或被散射 的超声 波信号的频率将产生变化,该频率与声源超声波频 率之间的差值与相对运动 的速度成正比。这一现象 是物理学家 Christian Johann Doppler于 1842年首 次发现的,被称为多普勒效应。接收信号 的频率与 声源的频率之差称为多普勒频移,相应 的频差信号 称为多普勒信号。当气液两相中存在着可供反射或 收稿 日期 :2015—03—10 基金项目:三亚深海科学与工程研究所知识创新工程领域前沿项目资助(SIDSSE一201208)~广东省

参考文献

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