深海环境中存在着大量的浮游微生物,其在工业、医疗、生命科学等领域中具有重要的研究价值。但压力、温度的变化会导致浮游微生物消亡或变质,严重影响数据的真实性。因此,研制深海浮游微生物浓缩保压保温取样装置至关重要。本文基于传统取样器的设计,采用模块化的设计思路,根据每个模块所实现的功能,将取样装置划分为七大模块,分别为保压模块、过滤模块、保温模块、储存模块、控制模块、动力模块、转移模块。通过Solidworks对取样装置进行整体设计,选用合适的蓄能器、电动机、深水泵等部件,重点设计取样筒的基本结构。在取样过程中,会面临取样数量无法控制、压力突变、温度突变等问题,因此,设计一款新型取样筒至关重要。针对压力突变问题,利用蓄能器的压力补偿原理,对取样筒内部储存腔进行保压处理。针对取样装置的核心部件—取样筒,对其关键零部件分别进行尺寸计算、校核,借助ANSYS＿Workbench静力学分析模块,对取样筒的关键零部件进行静力学仿真分析,验证其强度和稳定性,同时,取样筒的重量过大会对取样工作造成较大影响,因此,对取样外筒进行优化分析。通过ANSYS＿Workbench优化模块对取样外筒进行灵敏度分析,通过响应面法构建设计参数和输出结果之间的近似函数关系,在保证取样外筒质量最轻化的前提下,提高其强度和稳定性。为了达到保温的目的,对取样筒进行保温结构的设计与研究,主要是在取样外筒和取样内筒之间,填充保温材料进行保温处理,同时,在取样外筒表面喷涂隔热涂层,提升整体保温效果。通过ANSYS＿Workbench热分析模块对不同材料进行比较和分析,选取合适的保温材料,另外,由于轴向空间填充材料较多,在满足温度要求的条件下,为了实现取样筒的质量最轻化,设计一个复合结构型保温材料,通过对比和分析,选取最佳厚度占比的方案。为了提高微生物的含量,在塞型腔内设计四级滤膜进行浓缩过滤,同时,为了表征微生物在滤膜上的沉积过程,采用CFD-DEM耦合的方法研究浮游微生物的浓度对微生物沉积过程的影响,参考悬浮粒子法建立陶瓷膜孔的三维模型,并在充分考虑浮游微生物与浮游微生物、浮游微生物与滤膜相互作用的条件下模拟浮游微生物在一级滤膜上的沉积过程。