海底天然气水合物绞吸式开采切削头绞吸特性

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1、海底天然气水合物绞吸式开采切削头绞吸特性徐海良，陈旺，吴波，杨放琼（中南大学机电工程学院，长沙410083）摘要：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2000m3/h时，继续增大绞吸流量并不能

2、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20r/min时，增大绞刀转速将显著降低绞吸能力。关键词：天然气水合物；切削头；固液两相流；绞吸特性；数值模拟TheCharacteristicofCuttingHeadinMarineGasHydratebyCutterSuctionExploitationXUHailiang,CHENWang,WUBo,YANGFangqiong(SchoolofMechan

3、icalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China.Correspondingauthor:CHENWang,E-mail:chenwang941@163.com)Abstract:Theflowfiledmodelofcutter-suctionwasestablishedaccordingtothestructureandworkingprincipleofcuttinghead.Thecharacteristicof

4、flowfiledwasresearchedbyutilizingComputationalfluiddynamicstheoryandFluentsimulationsoftware.ThelawofflowfieldandvelocityfieldandThechangelawofsolidvolumefractionofoutletwasanalysed.Themainworkingparameters(speedofcutterandvelocityofsuckermouth)whicheffectedcu

5、tter-suctioncapacitywassimulatedindetail.Therelationshipbetweentheparametersandthecutter-suctioncapacitywasobtained.Increasingthecutter-suctionflowisbeneficialtotheimprovementofthecutter-suctioncapacity,whenthecutter-suctionflowover2000m3/h,continuetoincreaset

6、hecutter-suctionflowleadstohighvelocityofsolidphaseinthepipeline,andincreasewearbetweensolidparticlesandpipes;Whenthespeedofcutterbelow20r/min,increasingthespeedofcutterisbeneficialtotheimprovementofthecutter-suctioncapacity;Whenthespeedofcutterover20r/min,con

7、tinuetoincreasespeedofcutterwillreducethecutter-suctioncapacitysignificantly.Keywords：Marinegashydrate；cuttinghead；solidliquidtwophaseflow；cutter-suctioncharacteristic;numericalsimulatio中图分类号：TH231文献标志码：A文章编号：收稿日期：第一作者简介：徐海良（1965-），男，湖南湘乡人，博士，教授，博士生导师，从事海洋采矿和矿

8、山机械研究。基金项目:博士点基金“海底天然气水合物绞吸式开采水力输送机理研究”（20130162110004）引言海底天然气水合物因其储量巨大、燃烧清洁等特点受到各国科研人员的重视，被认为是21世纪最具潜力的清洁能源[1]。虽然世界上许多国家都对海底天然气水合物进行了研究，但仍然没有一套真正意义上完整的天然气水合物开采理论。目前提出的海底天然气水合物的开采方