自人类在深海极端环境区域发现微生物群落,海底冷泉生态群落调查研究就成为地球科学及生命科学研究的热点。深海冷泉流体中蕴藏着丰富的、有科学研究意义的信息,采集分析其成分物理化学特性、微生物组成等信息,对促进深海流体微生物资源和深海矿产资源的开发具有重大意义。为获取深海极端环境流体样品,国内外研制了多种类型的深海取样设备,通过搭载于深潜器上,下潜到指定海域进行取样。但是,目前针对深海冷泉的取样设备大部分只做到了保压功能,没有考虑取样转移过程中温升对样品物理化学性质及微生物活性的影响,且大多不具备样品温度、压力等特性的监测系统。因此,本文针对深海冷泉取样的一些问题,研制出一套应用于5000m水深,搭载蛟龙号下潜作业的,可以实现保温保压并及时监测样品动态特性的高保真取样、回收及转移的一体化取样器,主要研究内容如下:(1)通过查阅大量文献资料及调研,从取样机理及结构特点等方面对国内外先进深海取样装备的现状和发展趋势进行分析,明确现有取样技术难点及未来发展趋势,在此基础上阐述本文研究目标及意义,并确立研究内容及技术路线。根据深海冷泉保温保压取样器功能需求及设计指标,从样品保温保压实现方式及密封方式方面确定保温保压结构系统、保温材料组成及数据采集系统的技术方案。(2)根据深海冷泉保温保压取样器的保压结构设计及功能特点,按照取样器结构设计理论设计出一种新型取样结构,对取样器筒体、端盖等部件进行了计算和校核,并利用ANSYS Workbench有限元仿真进行了强度分析及优化设计,将理论计算与仿真分析对比,结合压力测试,验证结构尺寸设计的合理性。(3)根据深海冷泉保温保压取样器的保温性能指标,结合实际工况,研究保温传热机理,在此基础上选取高性能保温材料,进行保温实验,通过不同材料厚度占比研究结构性能,使用ANSYS Workbench对结构进行瞬态热分析,将实验结果与仿真分析作对比,验证保温材料保温性能的可靠性。(4)根据取样环境及样品特性,选取适合工况的温度、压力传感器及温盐深仪,以单片机为核心设计低功耗、尺寸小的数据采集系统,并将搜集的样品动态信息实时显示与外部数据显示器上。(5)根据理论设计制造样机,进行试验测试,验证取样器保温保压性能。