Patent DE-112015002036-B4 (DE)
Title: Verfahren zur In-situ-Messung der Wärmeleitfähigkeit von Meeresbodensedimenten
Inventor: YANG XIAOQIU
IPC: G16Z99/00
Filed: 2015-12-29
Granted: 2019-06-27
Abstract: Verfahren zur Auflösung einer In-situ-Meeresbodenwärmeleitfähigkeit, umfassend die folgenden Schritte:(1) Erfassen eines Lage- und Bewegungszustands einer Sonde auf einem Meeresboden durch ein Lageerfassungsmodul, und, wenn beurteilt wird, dass die Sonde in Meeresbodensedimente eingeführt ist und über 7 bis 10 min bewegungslos bleibt, Steuern eines Wärmeimpulssteuermoduls durch ein übergeordnetes Steuermodul, um einen Wärmeimpuls zu erregen, um einen Heizdraht in einem vorderen Sondenkopf einer Messeinheit elektrisch zu erhitzen;(2) Steuern eines mit der Messeinheit verbundenen Temperaturerhebungsmoduls durch das übergeordnete Steuermodul, um Temperaturdaten der Meeresbodensedimente zu erheben;(3) Ausführen von autarkem Verarbeiten der Temperaturdaten durch das übergeordnete Steuermodul;(4) Ausgeben der autarken Daten an einen PC über eine Kommunikationsverbindung zwischen der Messeinheit und einer Parametereinstell- und Datenlesevorrichtung; und(5) Ausführen von Parameterinversion mit einem Rasterverschlüsselungssuchverfahren anhand eines durch den PC erstellten Finite-Elemente-TC_FE-Wertmodells mit folgenden Unterschritten:1) Einstellen einer scheinbaren Wärmeleitfähigkeit λder Meeresbodensedimente und einer scheinbaren volumetrischen thermischen Kapazität Cder Meeresbodensedimente, wobei λein Verhältnis einer Wärmeleitfähigkeit λ der Meeresbodensedimente zu einer volumetrischen thermischen Kapazität Cdes vorderen Sondenkopfs der Messeinheit, d. h. λ/C, ist, Cein Verhältnis einer volumetrischen thermischen Kapazität C der Meeresbodensedimente zur volumetrischen thermischen Kapazität Cdes vorderen Sondenkopfs der Messeinheit, d. h. C/C, ist; Ausführen von m-aliquoter Subdivision bei beiden der zwei Parameter in einem Lösungsbereichum (m + 1) × (m + 1) Anfangsrasterknotenzu erhalten, wobei i, j = 1,2, ...,m;2) mit λ= 1,0 × 10m·s, beim Berechnen vonunter Verwendung des Finite-Elemente-TC_FE-Wertmodells berechnet wird, Bezeichnen von T-t-Temperaturdaten (mit T als Temperatur und t als Zeit) an einem oberen Ende des vorderen Sondenkopfs der Messeinheit alswobei λein Verhältnis einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit λdes vorderen Sondenkopfs der Messeinheit zu einer äquivalenten A volumetrischen thermischen Kapazität Cdesselben, d. h.ist; und wobei, der Wert von λ= 1,0 × 10msgemäß den Änderungsbereichswerten der erfahrungsgemäßen Wärmeleitfähigkeit, der volumenspezifischen Wärmekapazität und der thermischen Diffusionsrate eines Verarbeitungsmaterials des vorderen Sondenkopfs der Messeinheit erhalten werden kann;3) Normalisieren des anhand des PCs über Finite-Elemente-Simulation erhaltenenund der durch die Sonde in den Meeresbodensedimenten gemessenen T-t-Temperaturdaten (bezeichnet als (T, t)), um normalisierte std.T-t-Daten zu erhalten:4) lineares Anpassen vonund std.T(t) durch Anwenden des Verfahrens der kleinsten Quadrate, Least-Square-Verfahren, um Folgendes zu erhalten:undLösen der Neigung der angepassten Linieund eines Korrelationskoeffizienten R, wobei ein Rechenausdruck des Korrelationskoeffizienten wie folgt lautet:5) Definieren einer Zielfunktion alsund Lösen eines Zielfunktionswertsi,j = 1,2,...,m an jedem Rasterknoten;6) Ermitteln des Mindestrasterknotensder Zielfunktionswerte, wenn(ε ist ein Grenzwert zum Beurteilen, ob eine Lösungsanforderung erfüllt ist), Annehmen vonals eine zu lösende scheinbare thermische Eigenschaft (λ, C) der Meeresbodensedimente, oder andernfalls Verschlüsseln eines Rasters durch Verwenden einer Nachbarschaft mitals eine Mitte als den Lösungsbereich, Übergehen zu Schritt 2), biserfüllt ist, dadurch Auflösen, um die scheinbare thermische Eigenschaftder Meeresbodensedimente zu erhalten; und7) lineares Anpassen vonund T(t) durch erneutes Anwenden des Least-Square-Verfahrens:Messen der Umgebungstemperatur Tder Meeresbodensedimente gemäß dem Temperaturerhebungsmodul,und Lösen der Neigung der angepassten Linievon selbiger und von Twobeidie volumetrische thermische Erzeugungsrate A_des vorderen Sondenkopfs der Messeinheit gemäß einem in Schritt 1) gemessenen Impulsheizstrom berechnet wird und die scheinbare volumetrische Wärmeerzeugungsrate H= A/Cdes vorderen Sondenkopfs gemäß dem Finite-Elemente-TC_FE-Wertmodells erhalten wird, wodurch die volumetrische thermische Kapazität des vorderen Sondenkopfs wie folgt lösbar ist:und die Wärmeleitfähigkeit der Meeresbodensedimente ferner gemäß λ = λ· Clösbar ist.