1.上海交通大学 海洋工程全国重点实验室, 上海 200240;
2.上海交通大学 海洋装备研究院,上海 200240;
3.上海交通大学 三亚崖州湾深海科技研究院,海南 三亚 572024;
4.江苏科技大学 海洋学院,江苏 镇江 212000;
5.江苏省船舶与海洋工程装备技术创新中心,江苏 南通 226100
1. State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240, China;
2. Institute of Marine Equipment, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240, China;
3. SJTU Yazhou Bay Institute of Deepsea SCI-TECH, Sanya 572024, Hainan, China;
4. Ocean College, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212000, Jiangsu, China;
5. Jiangsu Marine Technology Innovation Center, Nantong 226100, Jiangsu, China
摘要: 海底矿粒采集技术是深海采矿的关键技术,其中具备高采集效率与高可靠性的机械式采集方法极具工程应用潜力。设计一种梳状铲机械式采集装置,采用CFD-MMP数值模拟与实验方法,探究不同几何参数对矿粒采集及沉积物受扰特性的影响。研究了入土深度与粒径比D/d、梳状铲间隙与粒径比B/d、梳状铲伸出距离与粒径比C/d、梳状铲张角α对矿粒采集率η的影响规律,以及D/d等参数对监测点沉积物体积分数γi、监测点浊度Tui的影响规律。研究发现:梳状铲铲头的沉积物黏附是导致η下降并出现局部极小值的主要因素;当α较小时,入土角度不足,当α较大时,矿粒随土体平动而错开采集位置,η均较低;当D/d=0.5,B/d=0.86,C/d=1.68,α=π/2时,η达到最大值为92%;γi-D/d曲线呈线性关系;当0<D/d≤1时,可同时获得η的提高和沉积物悬浮质量与矿粒采集质量之比ms/mn降低,实现高效率低扰动集矿;当D/d=0.5时,ms/mn达到最小值为5.95。本研究为揭示集矿机理和设计研发高效率、低扰动机械式集矿技术提供理论支持。
中图分类号: