深海多金属结核采集方式及其结构参数比较分析

深海蕴藏着丰富的矿产资源,受到了世界主要工业国家与国际大型企业的高度关注,目前各国都投身于深海矿产资源采集技术的加速研发中。采矿车是深海资源开发的核心组成部分,采矿车结构参数是否匹配不仅直接决定了采集效率,还决定了采集作业过程中对深海沉积物和深海底栖生物造成影响的程度。近年来,比利时,韩国和中国等国家大力发展采集技术,获得了大量的试验数据。通过比较上述三个国家研发的采集头结构、参数和试验效果,可为下一步深入研发采集技术和结构参数优化奠定基础。采矿头试验结果表明结构参数对采集效果影响显著,通过对比获取的参数范围如下:结核粒径的尺寸为5~12 cm,喷嘴直径为8~17 mm,射流角度39°~50°,射流速度10~20 m/s,离地高度不超过18 cm,抽吸速度为5~15 m/s,采集车行驶速度为0.6~0.8 m/s。上述参数范围较宽,还需要进一步针对矿区特点进行参数优化研究。

深海多金属结核流态化采集头流场参数匹配

深海蕴藏着丰富的矿产资源,其中,多金属结核可能成为未来金属资源的有效保障。开发多金属结核的难点之一就是如何将矿石从沉积物中高效绿色采集到采矿车上,水力采集方式是目前研究的热点。基于双排喷嘴射流的水力式集矿装置因具有结构简单、可靠性高及能耗较低等优点,受到广泛关注。利用流体仿真分析软件对不同射流角度、不同抽吸速度的采集头内部流场的速度场进行数值模拟与参数匹配研究,采用标准k-ε湍流模型,以采集头有效作用区上喷流速度的平均值和离散系数来评价采集头流场效果。结果表明,采集头采用前后射流与水平方向呈70°角、前排喷嘴射流速度10 m/s、后排喷嘴射流速度15 m/s、抽吸速度为5 m/s等参数时,内部流场效果相对较好。