康达效应式水力集矿对深海土的冲蚀特性研究

深海赋藏有丰富的矿产资源,金属锰结核的开采与利用可有效解决陆地资源匮乏的问题,因而受到世界多国的广泛关注.康达效应式水射流作为主流多金属开采方式之一,其与深海稀软底质的耦合机理尚未明晰,严重影响采集头性能优化.本文基于数值模拟和物理模型试验探究该采集方式下喷嘴高度、射流流速、导流板曲率三因素对破土水力强度的影响规律及冲蚀坑型变化规律,明晰康达效应水力集矿对深海土的冲蚀特性,进而得到试验范围内破土水力强度最优时所对应的射流参数组合.试验结果表明:冲蚀坑整体呈现椭圆状,且总体位置偏射流区域中心靠左侧;剖面轮廓为“U”形;坑底土体呈不规则凸起或凹进.喷嘴高度对破土水力强度的影响规律呈先增高后降低的趋势,射流流速与破土水力强度呈正相关,而导流板曲率对破土水力强度呈负相关.本文试验范围内,破土水力强度最高时所对应的射流参数组合为射流速度5.31 m/s、喷嘴高度60 mm、导流板曲率0.010 mm^(-1).以上研究可为揭示射流破土机理及矿石剥离机理提供理论参考.