扬矿电泵内流场数值模拟及性能预测.docx

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1、扬矿电泵内流场数值模拟及性能预测随着矿产资源的日益减少，以及世界对矿产资源需求的不断增加，海洋矿产开发技术越来越受到重视。在海洋采矿系统中，固液两相流水力输送系统的研发成为海洋采矿系统开发技术的关键，而扬矿电泵是其核心设备。经过多年研究，我国自主设计出深海采矿系统所用扬矿电泵，并加工出两级样机，对该泵进行了清水及矿浆性能试验。现在迫切需要从理论的角度研究电泵内粗颗粒固液两相流动机理，并进行扬矿电泵的数值仿真和性能预测等基础研究，来为泵的优化设计提供基础。本文以国家自然科学基金项目“海洋矿产资源开发扬矿装备关键技术研究”为依托，以具有我国自主

2、知识产权的扬矿电泵为研究对象，对扬矿电泵的设计参数进行了分析，说明海洋采矿系统中矿物颗粒粒径的组成；根据深海采矿实际情况，提出非常适用于结核矿浆体的粗颗粒-均质介质两相流模型，给出确定结核浆体中分界粒径的方法；对固液两相流理论进行研究，分析矿物颗粒在流场中的受力情况；结合数值模拟理论，推导出泵内流场中粗颗粒运动方程及浆体流动的湍流控制方程；对两级电泵和六级电泵在清水工况及固液工况下的内流场进行数值模拟，分析内流场中流动参数的变化规律及颗粒的运行轨迹；对仿真得到的结果进行分析，得到电泵在不同流量下的性能特性，并绘制性能特性曲线，与试验结果进行

3、对比，考察数值模拟及创新多相流模型在扬矿电泵内流场固液两相流动分析方面的可靠性。经过本文研究获得：创新粗颗粒-均质介质两相流计算模型能够较好的反映采矿电泵内流场中的实际情况，利用该模型仿真计算得到的结果精确度较高，可为进一步优化扬矿电泵提供参考和依据。本文研究内容是我国海洋资源开发装备的理论基础和关键技术研究的重要组成部分，同时，本文的研究成果也为我国陆地矿山深部开采矿物水力管道提升泵的研发设计提供了理论基础，具有重要的科学意义和应用价值。