基于CFD方法的海底集矿机模型外形优化.pdf

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1、第36卷第1期矿冶工程V01．36No12016年O2月MININGANDMETALLURGICALENGINEER／NGFebruary2016基于CFD方法的海底集矿机模型外形优化①黎宙，阳宁，陈宇翔，陈铭(1．长沙矿冶研究院深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南长沙410012；2．中国科学院三亚深海科学与工程研究所，海南三亚572000)摘要：为了减少深海集矿机在工作中所受到的水阻力、提高能量利用率，利用流体力学软件，通过求解RANS方程，选择realizablek-e湍流模型，对集矿机模型在海底不同

2、速度下行走进行了流场数值模拟，得出了模型水阻力随速度变化的一般规律。根据计算结果对集矿机外形进行了优化设计，得到了几种减小水阻力的优化模型，数值计算结果表明，优化模型的外形设计能有效减小集矿机水阻力，可为今后集矿机外形设计提供参考。关键词：深海集矿机；深海采矿；外形优化；水阻力；CFD中图分类号：P744文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253-6099．2016．O1．001文章编号：0253-6099(2016)O1-0001-05ConfigurationOptimizationforth

3、eDeep-seaMinerModelBasedonCFDLIZhou，YANGNing，CHENYu—xiang，CHENMing(1_StateKeyLaboratoryofExploitationandUtilizationofDeepSeaMineralResources，ChangshaResearchInstituteofMiningandMetallurgyCoLtd，Changsha410012，Hunan，China；2．SanyaInstituteofDeep·SeaScienceandEngi

4、neering，ChineseAcademyofScience，Sanya572000，Hainan，China)Abstract：Inordertominimizethehydraulicresistanceduringoperationandimproveenergyeficiencyofdeep—seaminer，numericalsimulationwasperformedfortheminerrunningOftheseaflooratdifferentspeedbysolvingRANSequation

5、withCFDanalysissoftwareandusingrealizable-mode1．Andthegeneralpatternforhydraulicresistanceoftheminermodelvaryingwithvelocitywasalsoobtained．Afterthat，theconfigurationofminerwasoptimizedbasedonthecalculationresult，leadingtoseveralminermodelswithhydrodynamicsres

6、istancereduced．Thefollowingnumericalcalculationindicatedthattheoptimizedconfigurationdesigncouldreducewaterresistanceoftheminereffectively，whichcanprovideareferencefortheconfigurationdesignofthefuturedeep—seaminer．Keywords：deep-seaminer；deep-seamining；shapeopt

7、imization；hydraulicresistance；CFD随着世界科学技术的飞速发展以及矿产资源的日国内文献中对集矿机水阻力通常采取半经验半理渐枯竭，人们越来越期待挖掘海底这座蕴含着丰富矿论公式或利用势流理论_4进行计算，计算方式较为产资源的宝库。集矿机作为海底采矿系统最关键也是简单，但与实际情况相差较大，从而使计算结果存在一技术难度最大的部分，自20世纪60年代便成为科研定误差。本文采用流体力学软件对集矿机运动时的流人员的研究重点¨j。目前，国际上主要以自行式海底场情况进行数值模拟以得到水阻力结果。通过设

8、定环集矿机研究为主，其主要功能是在深海海底能够按照境压力、来流速度等边界条件，模拟集矿机于海底流场预定的路线行走并采集沉积岩表层的多金属硫化物、工作时的真实流动情况，得出水阻力的准确值，分析影富钴结壳等，在将其清洗、破碎、脱泥之后达到输送工响水阻力变化的原因；提出了几种有利于减小水阻力艺的要求。集矿机的工作环境为几千米深的海底，的集矿机模型，并通过数值计算与