深度从6000米至11000米的海沟区域拥有奇特的深渊境况和性命流程，逐渐成为深海商酌范围的最新前沿，深海中不光蕴藏了富厚的矿产资源，况且滋长了品种繁多不为人知的宏生物资源。收罗深海活体宏生物（是指生计正在深海中的大型底栖生物，席卷钩虾、深海狮子鱼等生物），是展开深渊境况改变、性命演化、生物物种分散及生计景遇等科学商酌的条件。深海宏生物采样有如下三种门径收罗宏生物。一是饵料诱捕式采样门径，即通过饵料对深海宏生物实行被动诱捕，使深海宏生物进入到采样器械内，饵料诱捕式采样门径随机性大、采样告捷率较低。二是刻板手采样门径，即通过应用柔性资料创设的刻板手对深海宏生物实行抓取式采样，日常收罗海底2000m以内的宏生物。三是泵吸式采样门径，即欺骗抽吸泵作事形成负压对深海宏生物实行主动采样，因为其逮捕相应疾，也是目前深海宏生物采样一般应用的门径。刻板手、泵吸式采样门径都属于主动式，有利于普及采样告捷率，然而，宏生物受表力被动进入容器，而对其逮捕时很容易变成刻板毁伤以至牺牲。

　　目前，国表里学者对付深海保压保温采样做了少少作事，对付深海宏生物采样器收罗流程的流场性情理会未见文件报道。因为深海宏生物生计正在高压、低温和昏暗的境况下，试验室难以对采样器逮捕深海宏生物的流场性情实行理会。然而，采样器正在逮捕深海宏生物流程中，不成避免的与采样器内壁产生碰撞，过大的抽吸速率能够对深海宏生物形成毁伤，过幼的抽吸速率无法逮捕到深海宏生物。活体宏生物是采样的方针，由于牺牲或者毁伤就无法齐全还原样品原位境况下功用基因的表达音讯和卵白活性特点，其商酌价格将大打扣头。

　　本文以海洋深部性命商酌获取深海活体宏生物需求为导向，计划了一种深海宏生物泵吸式保压采样器，欺骗抽吸泵对深海宏生物实行主动逮捕，通过压力积蓄器对采样器接纳流程中的压降实行积蓄。针对深海宏生物泵吸式逮捕门径的特性，展开了泵吸式深海宏生物采样器逮捕流程的流场性情理会，揭示了区别抽吸速率下泵吸式深海宏生物采样器内部流场分散和深海宏生物表表流场分散的秩序，为泵吸式深海生物采样器组织计划和泵吸工艺优化供给了表面支柱。

　　为了验证本文计划的深海宏生物泵吸式采样器的可行性和数值仿真的有用性，展开深海宏生物采样器抽吸试验商酌，搭筑试验室模仿试验水池，通过液压泵站给抽吸泵供给液压源。深海宏生物采样器抽吸试验编造如图1所示，总体席卷抽吸管、水箱、深海宏生物采样器、抽吸泵、液压泵站及液压管道。抽吸管通过接口与深海宏生物采样器入口端连结，抽吸泵一端通过接口与采样器出口连结，另一端通过接口与液压泵站连结。一切装备放正在尺寸为2.3×0.3×0.21m的水箱内。安排液压泵站的流量把持采样器的抽吸速率，试验结果注解，当抽吸流量低于14m^3/h时，鱼类感想到水流而逃逸。当抽吸流量为14m^3/h~16m^3/h范畴时，采样器也许逮捕到鱼，且逮捕已毕后查抄鱼也许寻常的游动。当抽吸流量为16m^3/h~18m^3/h范畴时，采样器也许逮捕到鱼，然而发掘鱼体表表挫伤，能够是因为抽吸速率过大，鱼撞击止返器而变成毁伤。于是咱们创议深海宏生物泵吸式采样器正在海底抽吸宏生物流程中，尽量依旧抽吸泵的流量正在14m^3/h~16m^3/h之间，以均衡深海宏生物毁伤和逃逸速率。

　　（1）深海狮子鱼未被吸入前时，采样器抽吸流量越大，导流区进口的速率越大，为了也许逮捕到深海狮子鱼，应使泵吸式采样器的抽吸流量大于14m^3/h。采样器正在抽吸深海宏生物流程中，深海宏生物容易与导流区抽吸管和保压区保压筒的上壁面产生碰撞。采样器内部的径向压力较安靖，震荡很幼，不会对深海宏生物变成影响。深海狮子鱼身体前部表表压力最大，最大值为282.9Pa，受到最大的吸力为0.18N。

　　（2）深海狮子鱼正在导流区时，采样器内部流体原委深海狮子鱼表表时，流速明显增补，深海狮子鱼四周流体速率改变额表激烈。深海狮子鱼前部显露了边境层涣散征象，与此同时，回流区显露，涣散涡变成。深海狮子鱼正在导流区弯管地位处变成了间隙流，当深海狮子鱼的宽度较大时，很容易“停顿”导流区抽吸管的弯道处，使导流区流道截面面积变幼，导致流体的径向速率和压力增补。

　　（3）深海狮子鱼正在保压区时，采样器内部的湍活动能改变的最大值正在进口翻板密封阀处，这也导致了进口翻板密封阀处径向压力和速率改变较大。深海狮子鱼正在保压区也变成了间隙流，然而保压区的直径比导流区抽吸管直径幼，于是，最大径向压力和速率相对导流区幼，对深海宏生物变成的影响也幼。

　　结论（1）深海宏生物泵吸式保压采样器欺骗抽吸泵可杀青对海底宏生物的主动逮捕，计划了压力积蓄器可对采样器接纳流程中的压降实行积蓄，咱们正在试验室对采样器实行了内压试验和高压舱（压力为110MPa）的触鼓行动试验，试验验证了深海宏生物泵吸式保压采样器的可行性

　　（2）深海宏生物正在采样器区别地位处会惹起流场压力和速率改变，且正在区别地位处改变的幅度也区别。深海宏生物正在导流区时流场压力和速率比正在保压区时震荡的大，这是因为导流区的抽吸管内径幼，采样器正在抽吸深海宏生物流程中容易停顿管道，从而使流场压力和速率升高，能够对深海宏生物变成毁伤。于是咱们正在计划采样器时，应试虑方针生物的巨细。（3）深海宏生物泵吸式采样器正在逮捕深海宏生物流程中，过幼的抽吸速率无法逮捕到深海宏生物，过大的抽吸速率容易变成深海宏生物毁伤。仿真理会结果注解：当抽吸泵的流量为14m^3/h时，采样器导流区入口的速率大于鱼的极限流速。咱们正在试验室实行了采样器抽吸试验，试验结果与仿真结果根基一律。于是，为了均衡深海宏生物毁伤和逃逸速率，采样器的抽吸泵流量应把持正在14m^3/h~16m^3/h之间。

　　远景与使用本商酌修筑了深海宏生物泵吸式采样流程的流固耦合模子，理会了泵吸式深海宏生物采样器采样流程中的流场性情，揭示了区别抽吸速率下泵吸式深海宏生物采样器内部流场分散和深海宏生物表表流场分散的秩序，为泵吸式深海生物采样器组织计划和泵吸工艺优化供给了表面支柱。

　　本商酌提出的深海宏生物泵吸式采样器计划门径正在海试中取得了优越的使用效率。2023年9月，深海宏生物保压-培植编造搭载于“万泉Ⅱ号”号着陆器正在南海4080m海底深度实行采样功课，得到保压的宏生物样品，采样器与培植装备杀青了利市对接与变更测试，变更流程中培植装备内部无压力低落，所取保压样品已分拨给国内科研院所进一步理会，为本航次获取高质料保压样品供给了设备支柱；2023年12月，深海宏生物保压-培植编造搭载于“万泉Ⅱ号”号着陆器正在菲律宾海盆7724m海底深度实行采样功课，取回了海底宏生物保压样品，为该海域海底宏生物物种分散及生计景遇、深海境况改变、性命演化等科学商酌供给名贵的宏生物样品。

　　万步炎（团队领先人），男，二级教化，博士生导师，现任湖南科技大学海洋矿产资源探采设备与安静本事国度地方笼络工程试验室主任/天然资源部海底地质钻探设备工程本事立异中央主任。现为十四届寰宇人大代表，获评中宣部“时期典范”、国度超卓工程师、寰宇优良专业本事人才、寰宇最美老师、湖南省先辈作事家、湖南省第五届优越专家，享福国务院当局非常津贴。入选百切切人才工程国度级人选、国度“863”打算海洋本事范围大旨专家组专家、蛟龙号载人潜水器试验性使用本事筹商专家组专家；是我国深海矿产资源钻探本事范围的开荒者和学术本事领先人，从事一线”打算、国度中心研发打算、国度很久起色项目（大洋专项）、省部级科研项目及横向项目50余项；以第一已毕人获国度本事出现二等奖1项、国度科技前进二等奖1项、中国侨界奉献奖一等奖1项、湖南光召科技奖1项、省部级本事出现及科技前进一等奖3项；获授权专利160余件，此中美国、欧盟出现专利19件；公布学术论文70余篇。

　　金永平（通信作家），男，博士，教化，博士生导师。现任海洋试验室/工程本事立异中央副主任。主理国度中心研发打算课题、国度天然科学基金等20余项。获国度本事出现二等奖(排2)、寰宇博士后立异创业大赛银奖、湖南省本事出现一等奖湖南省科技前进一等奖各1项。授权出现专利76项，此中美国、欧盟出现专利18项，公布学术论文70余篇。

　　刘广平（第一作家），男，博士，副教化，硕士生导师。主理和参加国度中心研发打算课题、国度天然科学基金及省部级科研项目8项。正在《Ocean Engineering》、《ASME-Journal of Pressure Vessel Technology》、《Frontiersin Marine Science》和中国刻板工程等高程度期刊公布学术论文15篇、获授权专利24项，获第二届寰宇博士后立异创业大赛银奖、湖南省仪器仪表仪表学会科学本事奖一等奖等声誉。

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