深海采矿矿浆泵的设计方法研究

针对深海采矿矿浆泵尚无成熟的设计方法，基于垂直管道水力输送理论，文章提出了矿浆泵设计参数的理论公式，并对不同工作水深及矿石体积分数下的输送系统进行了分析；采用数值模拟方法分析了几何参数对泵性能的影响。分析结果表明：将体积分数为5％～10％的多金属结核从1000 m和6000 m海底提升至海面所需泵的扬程分别为78．04～130．05 m和440．63～735．17 m ，考虑装备制造的技术能力，矿石体积分数宜控制在8％以下；叶轮叶片数推荐值为4～5，以满足扬程和效率的要求；适当增大叶片进口角可改善泵的抗气蚀性能。最后，通过试验验证了数值分析方法的准确性。

基于长基线系统深海采矿ROV精确定位

对于深海采矿集矿机ROV的定位,采用传统的长基线水声定位系统通常存在较大误差。对此提出了一种新的算法模型,首先通过比较集矿机测量位置与前一次修正位置的几何关系,对当前集矿机的位置进行修正,然后利用新的集矿机位置修正声速的数值,并得出重新修正后的集矿机测量位置。这样反复的多重迭代使得在某一时刻集矿机ROV的测量位置逐步趋近其理想位置,实现长基线系统的水声精确的三维立体定位。通过数值仿真分析,结果显示与传统的长基线水声定位方法相比,通过该方法获得的集矿机行驶轨迹能更好地趋近其理想行驶曲线,表明该算法的有效性。

基于非结构化海底复杂环境的SLAM研究综述

由于观测信号的高度不确定性,在海底环境下的导航无疑是各类机器人导航问题中最困难的。首先对基于非结构化海底环境的SLAM问题的复杂性进行了阐述,然后介绍了海底环境的描述及特征的提取的方法,对当前基于海底环境下SLAM问题的基本算法进行了归纳,并进行了比较。最后分析了数据相关、地图的创建、计算复杂度等关键问题,探讨了还需解决的问题及发展方向。

深海自行式集矿机的定位与综合导航

应用模糊自适应扩展卡尔曼滤波方法,研究了深海采矿集矿机的定位导航问题。建立了履带式集矿机的状态空间模型,根据长基线定位系统的延时建立了系统的测量方程,提出了基于模糊逻辑的自适应卡尔曼滤波的算法。仿真结果表明:集矿机位置X,Y的新息系列均在±σ的范围内变化,采用该自适应控制算法对Q、R加权的方法所进行的卡尔曼滤波是稳定的、最优的。

利用红外和激光导向实现移动机器人的精确对接(英文)

该研究的目的是实现低成本、高精度的移动机器人对接。利用红外和激光导向的方法检测环境并进行精确定位。首先,利用从对接站发出的垂直激光束使机器人锁定在光束上。即光束从对接站中心位置发出并垂直于墙面,并通过保证激光束位于机器人上的传感器阵列的中心来操纵机器人驶入对接站。然后,红外传感器界测出机器人与对接站的距离,并使机器人进入最后的对接位置。提出了控制马达的相应的算法。实验结果显示:对接精度小于4mm。

不确定环境下集矿机环境感知与实时避障研究

通过对海底集矿机作业特点及作业环境分析可知,采用传统势场法避障要解决的关键问题主要为局部极小问题,由此提出了基于人工势场法的改进算法。重新定义势函数,对斥力函数作了改进,建立了履带式集矿机的运动学模型,并成功应用于海底不确定环境下集矿机的实时避障。仿真结果表明:改进后的避障算法能够使机器人逃离局部极小,顺利避障并到达目标,具有较强的实用性与可行性。该研究对于海底采矿及水下机器人的避障具有一定的指导意义。

深海采矿矿浆泵内转速对固液两相流影响分析

为分析转速对深海采矿矿浆泵固液两相流的影响,文章采用RNGκ-ε湍流模型,运用Fluent软件对矿浆泵内固液两相流进行了数值模拟;比较了不同的转速对矿浆泵内压力分布、颗粒体积分数分布以及工作性能的影响;最后,矿浆泵在多种转速下进行试验,结果验证了数值模拟方法的准确性。研究结果表明:转速越大,叶轮对混合流体做功的有效性越好,混合浆体总压呈现大幅度上升,扬程也越大;不同转速工况下,平均颗粒体积分数值在叶片吸力面与压力面上的差异不大,说明叶片吸力面与压力面的磨损程度差异不大,并且导叶表面颗粒体积分数分布受转速的影响较轻。

基于结构化网格的两级矿浆泵数值模拟分析

为了研究深海采矿两级矿浆泵泵内固液流体流动规律及工作性能,采用计算流体动力学软件CFD对两级矿浆泵泵内的固液两相湍流进行了数值模拟和性能预测.阐述了矿浆泵计算流道区域的拓扑块划分方法和结构化网格生成方法;采用RNGκ-ε湍流模型和多参考坐标系,进行全三维流场数值模拟,分析了矿浆泵内流场的压力分布、流速分布和湍动能分布,进而计算出不同颗粒属性的泵的特性曲线.研究表明,颗粒属性对矿浆泵工作性能有重要影响,在颗粒体积分数相同的条件下,泵的扬程和效率均随颗粒粒径的减小而增大.颗粒的体积分数适宜控制在5%~10%左右.

《工程制图》课程多媒体双语教学的实践

分析了工科大学双语教学的现状;阐述了《工程制图》课程开展多媒体双语教学的必要性与可行性;介绍了多媒体双语教学在《工程制图》课程中的具体实施方法。

基于混合式教学的“工程图学”课程思政探索

紧紧围绕课程教学目标,将思政教学贯穿于整个教学过程,混合式教学与课程思政相结合,从立德树人、价值塑造、能力培养三个方面深入挖掘思政元素,精心设计各个教学环节,采取线上线下混合式教学方式,引入项目驱动,打造翻转课堂,培养了学生的创新设计能力和综合素质,构建了线上线下全方位、全过程的思政教育与课程教学有机融合的教学新模式。

《工程制图》开放互动式双语教学模式的研究与实践

对《工程制图》双语教学的模式进行了研究与探讨,建立开放式的双语教学课堂,进行学生测评与专家反馈,构建了二维——三维双向式工程制图双语教学基本框架,推动工程制图的双语教学从单一模式向多种模式的转变,为学生营造一个方便、快捷、多元化的学习环境。教学实践证明:该教学模式已取得了初步成效,具有一定的推广应用价值。

基于信息融合地图的水下机器人位置估计

建立了一种对声纳和视觉图像进行融合的模型,提出了采用高斯方法和对水下环境进行描述建立融合地图的新的表达方法。首先假定传感器的观测信息为高斯分布,通过空间关系的变换和投影将声纳和视觉投影到公共的状态空间,然后对各传感器的其它信息进行加权,并嵌入到其中,得到适合计算机处理的传感器地图。提出了对水下机器人进行位置估计及地图匹配的算法,在导航过程中通过找出当前地图与参考地图的最大相关系数,从而对机器人位置进行更新,得出其最佳位置估计。仿真结果显示:采用融合地图对水下机器人的位置估计是连续的、可计算的、有效的。

构建《工程制图》双语教学环境的研究与实践

本文阐述了互动式双语教学的基本内涵,指出了构建互动式双语教学环境的重要性。构建的有效途径是充分利用现代化教学手段,营造轻松的双语互动教学环境;通过推动工程制图的教学从单一模式向多种模式的转变,营造方便、快捷、多元化的课堂外学习环境。实践证明:《工程制图》互动式双语教学环境的构建是行之有效的。

工程图学系列课程二维——三维双向式创新教学新体系改革研究

通过引入现代设计理念,在二维教学模式的基础上,突出三维设计思想,将原有的以计算机三维实体造型为主线的工程图学课程体系改变为厚基础、重创新、强能力的工程制图二维、三维双向式创新教学课程新体系。实践证明:该教学模式已取得了初步成效,具有一定的推广应用价值。

GPS与测距法的融合模型在机器人导航中的实现

分析了GPS信号的误差对移动机器人定位精度的影响,提出了GPS信号与测距法的融合模型。即通过计算机器人当前位置估计值与GPS信号值的欧几里德距离d,得出融合系数β,β值的大小反映了此时GPS信号与测距法融合时各自所占的比值。该融合模型保证了GPS信号误差对移动机器人的位置估计的影响降到最低。从仿真结果看出,当GPS信号发生突变时,该融合模型仍能提供相对准确的位置估计。在实验中还采用了不断优化、调整方向角并设置假想目标位置的导航算法,从而使得机器人在接近目标位置时不会迷失方向而达到理想的目标位置。试验结果表明:机器人的定位精度有很大提高,在自动导航时其行驶轨迹控制在5cm～10cm的误差范围内。

构建面向现代工程的机械设计方向课程新体系

随着信息科技、网络化、智能化技术的发展,以信息技术为标志的高新技术在机械制造领域的交叉融合,使得机械工程学科本身的内涵、外延发生了质的变化。应该以数字化设计为主线,以工程培养为核心,优化重组课程内容,从系统的角度对机械设计课程体系进行整体构建,培养具有国际化、社会化、高素质的创新型机械类人才,以满足机械类专业创新型人才培养的需要。

海底天然气水合物绞吸式开采切削头绞吸特性

根据切削头的结构和工作原理,建立了切削头绞吸流场模型,运用fluent仿真软件和计算流体力学理论研究了切削头工作过程中的绞吸流场特性,分析了绞吸流场的绞吸规律、速度变化规律和出口固相体积分数变化规律。对影响绞吸能力的主要工作参数(绞吸流量和绞刀转速)进行了详细的仿真分析,得到了各个参数和绞吸能力之间的关系。结果表明:增大绞吸流量有利于提高绞吸能力,当绞吸流量超过2 000 m3/h时,继续增大绞吸流量并不能有效提高绞吸能力,还会导致管道内固相速度过高,加剧固相颗粒和管道之间的磨损;当绞刀转速低于20r/min时,增大绞刀转速有利于提高绞吸能力;当绞刀转速大于20 r/min时,增大绞刀转速将显著降低绞吸能力。

软管和矿车对深海采矿系统的影响规律分析

针对海洋采矿输送系统中软管发生变形量过大容易造成管道堵塞和软管对采矿车作用力影响采矿车正常作业的问题。为解决上述问题,提出了将软管和矿车的影响纳人深海采矿系统的仿真分析中。根据采矿输送系统在作业的过程中,管道外受到波流联合作用,管道内受到浆体作用的情况,采用有限元软件对其进行计算分析。研究结果表明:软管的形态对流场分布、压力损失和矿车的作用力影响较大,软管处于极限变形时,固体颗粒部分回流造成管道堵塞;最大节点力3675.4N,影响矿车的正常作业。由于矿车的位置对软管的形态有直接的作用,在6级风浪的情况下,适当改变矿车的位置,软管两端的压力损失减小,可节约开采成本。最后通过实验验证仿真结论的准确性。

传感器的非线性补偿探讨

对于高精度的控制系统而言，传感器的非线性误差是提高系统精度的严重障碍。本文论述了利用软件实现电容传感器的非线性补偿方法。

天然气水合物三相流段管道压力损失分析

水力输送系统是海底天然气水合物绞吸式开采系统的核心设备之一,输送管道的工作性能决定了整个采矿系统的工作效率。文中主要研究了天然气水合物绞吸式开采管道输送过程中,水合物分解后管道三相流段的压力损失规律。基于计算流体力学和FLUENT软件,采用欧拉模型配合CFD-PBM模型分析了管径、流速、固相和气相体积分数、粒径、气泡平均直径对管道压力损失梯度的影响。结果表明:管道压力损失梯度随着管径增加而减小,在管径大于300 mm后压力损失梯度减小缓慢并开始趋于稳定,在450 mm处压力损失梯度骤降,500 mm以后再次趋于稳定;随着浆体流速增大,管道三相流段压力损失梯度先减小后增大,存在一个最优流速,且最优流速随着粒径增大而增大;固相体积分数和颗粒直径都与压力损失梯度成正比,但体积分数的影响较大,粒径的影响较小;气相体积分数在0.3以内与压力损失梯度成反比,表明了少量气体的减阻效应;气泡平均直径过大会减小有效管径,导致压力损失梯度增大。