本文關(guān)鍵詞：深海采礦揚(yáng)礦管內(nèi)高速螺旋流的數(shù)值模擬與仿真　出處：《江西理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 揚(yáng)礦管 高速螺旋流 歐拉模型 壓力損失 數(shù)值模擬

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人們對礦產(chǎn)資源的需求與日俱增,資源的供求矛盾日趨明顯。作為不可再生的陸地礦產(chǎn)資源日益枯竭,人類必定把目標(biāo)轉(zhuǎn)向蘊(yùn)藏著豐富礦產(chǎn)資源的海洋,因此,對深海采礦水力提升系統(tǒng)進(jìn)行研究非常有意義。當(dāng)前亟需解決的問題是通過何種有效的手段將賦存于海底的礦產(chǎn)高效地輸送到陸地上,而基于龍卷風(fēng)效應(yīng)的高速螺旋流水力提升系統(tǒng)是在傳統(tǒng)水力提升的基礎(chǔ)上,利用高速螺旋流強(qiáng)大的卷吸效應(yīng),實(shí)現(xiàn)錳結(jié)核顆粒高濃度低能耗水力輸送。然而高速螺旋流水力提升系統(tǒng)中螺旋流的起旋方式、揚(yáng)礦管中顆粒的力學(xué)特性、卷吸效應(yīng)的機(jī)理、流場分布及輸送過程中阻力損失的計(jì)算等問題尚未解決。因此,本文主要針對上述問題對高速螺旋流水力輸送技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究,其內(nèi)容如下:(1)分析了螺旋流的起旋方式及裝置特點(diǎn),從能量利用率高出發(fā),確定切向射流的起旋方式及其產(chǎn)生高速螺旋流的水力提升系統(tǒng),并探討卷吸效應(yīng)的作用機(jī)理;(2)通過對錳結(jié)核顆粒在螺旋上升運(yùn)動(dòng)中的受力進(jìn)行分析,建立了錳結(jié)核顆粒的運(yùn)動(dòng)方程;利用CFD求解,確定了影響顆粒運(yùn)動(dòng)的輸送參數(shù);(3)總結(jié)并對比分析了多相流模型和湍流模型的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,以高速螺旋流水力提升系統(tǒng)的實(shí)際輸送情況為依據(jù),確定了顆粒上升旋流運(yùn)動(dòng)的初始條件及邊界條件,最終采用歐拉雙流體模型及RNG湍流模型;以海水為流動(dòng)介質(zhì),對錳結(jié)核顆粒—海水兩相螺旋流進(jìn)行數(shù)值模擬,運(yùn)用數(shù)值解法求解固液兩相流的基本控制方程,得到高速螺旋流在揚(yáng)礦管不同斷面上的速度場、壓力場及顆粒濃度分布規(guī)律;(4)根據(jù)能量理論計(jì)算出不同工況條件下?lián)P礦管內(nèi)高速螺旋流輸送附加阻力損失,進(jìn)而通過MATLAB軟件的多元回歸模型推導(dǎo)出高速螺旋流輸送阻力損失公式,且經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證,證實(shí)了以上所求得高速螺旋流輸送阻力損失模型的可靠性;(5)自行設(shè)計(jì)了一套高速螺旋流水力提升系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)方案,驗(yàn)證數(shù)值模擬的流動(dòng)規(guī)律及壓力損失模型的可靠性。
[Abstract]:With the rapid development of global economy, the demand for mineral resources is increasing day by day, and the contradiction between supply and demand of resources is becoming more and more obvious. Human beings must turn to the rich mineral resources of the ocean, so. It is of great significance to study the hydraulic lifting system of deep-sea mining. The problem that needs to be solved is which effective means to transport the minerals stored in the seabed to the land efficiently. The high speed helical income force lifting system based on tornado effect is based on the traditional hydraulic hoisting, and makes use of the powerful entrainment effect of high speed helical flow. The high concentration and low energy consumption hydraulic transport of manganese nodule particles is realized. However, the starting mode of spiral flow in the high speed spiral income force lifting system, the mechanical properties of the particles in the hoisting pipe, and the mechanism of entrainment effect are also discussed. The flow field distribution and the calculation of the resistance loss in the conveying process have not been solved. Therefore, this paper mainly focuses on the study of the high-speed helical income force conveying technology. The main contents are as follows: (1) the characteristics of the starting mode and the device of the helical flow are analyzed, and the starting mode of the tangential jet and the hydraulic lifting system to produce the high speed helical flow are determined from the high energy utilization ratio. The mechanism of entrapment effect is also discussed. 2) by analyzing the force of manganese nodule particles in spiral upward motion, the equation of motion of manganese nodule particles is established. The transportation parameters affecting the particle motion are determined by using CFD solution. The characteristics and application range of multiphase flow model and turbulence model are summarized and analyzed, which is based on the actual transportation of high speed helical income force hoisting system. The initial and boundary conditions of the particle rising swirl are determined, and the Euler two-fluid model and the RNG turbulence model are adopted. The numerical simulation of the two-phase spiral flow of manganese nodule particles and seawater was carried out with seawater as the flowing medium, and the basic governing equation of solid-liquid two-phase flow was solved by numerical solution. The velocity field, pressure field and particle concentration distribution of high speed helical flow on different sections of the riser are obtained. 4) according to the energy theory, the additional resistance loss of high speed helical flow transportation in the hoisting pipe under different working conditions is calculated. The formula of resistance loss of high speed helical flow transportation is deduced by the multivariate regression model of MATLAB software, and the reliability of the above model is verified by an example. 5) A set of simulation experiment scheme of high speed spiral income force lifting system is designed, which verifies the flow law of numerical simulation and the reliability of pressure loss model.
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD807

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本文編號：1378781