[发明专利]一种多金属结核釆集头参数匹配方法

说明书

本发明公开了一种多金属结核釆集头参数匹配方法，该方法包括：采用仿真模拟软件，得到采集头内部水流上升速度；根据所述水流上升速度，采用拉格朗日方法，得到多金属结核上升至输送管道口所需的上升时间；根据所述上升时间和两排喷嘴间距离，确定采集车的行驶速度。本发明实施例提供的一种多金属结核釆集头参数匹配方法，基于水力式采集头内部流场特征，分析结核在流体作用下的受力特性，采用拉格朗日法计算结核的运动轨迹，进而得到采集头内部参数与采集车行驶速度等参数的匹配关系，为采集车设计提供依据。

技术领域

本发明涉及深海多金属结核的集矿和采集技术领域，尤其涉及一种多金属结核釆集头参数匹配方法。

背景技术

深海蕴藏着丰富的矿产资源，其中，尤以多金属结核储量最为巨大。深海多金属结核赋存在水深5000-6000米沉积物上，大部分呈半埋状，埋入深度一般在10cm以内，结核粒径以3～6cm最多，平均丰度为6kg/m²(干重)。按长径划分，2～7cm的占总重75％，7～10cm的占24.4％。大粒径结核多为球形或椭球形，中粒径的以花菜形为主，小粒径的以杨梅状为主。如何将结核采集上来是深海采矿面临的技术难题，针对多金属结核，目前已经发展的采集方式主要有三类：机械式、水力式、机械水力复合式。其中，水力式采矿头利用流体动力将结核从沉积物中剥离，悬浮起来，再输送到采集车上，采集过程中没有运动部件，结构简单，大大减少了故障率，提高了设备可靠性，被认为是当前最具应用前景的采集方式。

然而在目前的研究实验中，采集头的参数取值范围较宽，很难满足实际的需求，尤其是针对不同的矿区特点，采集头的参数取值更为复杂。因此，迫切需要一种能够精准的提供采集头各个参数的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多金属结核釆集头参数匹配方法，该方法包括：

采用仿真模拟软件，得到采集头内部水流上升速度；

根据所述水流上升速度，采用拉格朗日方法，得到多金属结核上升至输送管道口所需的上升时间；

根据所述上升时间和两排喷嘴间距离，确定采集车的行驶速度。

优选地，所述上升时间与所述采集车的行驶速度之积小于等于所述两排喷嘴间距离的二分之一。

优选地，所述采用仿真模拟软件，得到采集头内部水流上升速度，包括：建立采集头二维仿真模型；采用所述仿真模拟软件，得到所述采集头内部水流的垂向速度云图；根据所述垂向速度云图，得到所述采集头内部水流上升速度。

优选地，所述根据所述水流上升速度，采用拉格朗日方法，得到多金属结核上升至输送管道口所需的上升时间，包括：

根据所述水流上升速度，采用拉格朗日方法，计算所述多金属结核所需的拖曳力；

根据所述多金属结核所需的拖拽力，得到所述多金属结核上升至所述输送管道口所需的上升时间。

优选地，所述水流上升速度V_f与所述多金属结核所需的拖曳力F_d满足以下关系式：

其中：C_D为水流阻力系数，ρ为所述多金属结核所在环境的水密度，d为所述多金属结核直径，Vs为所述多金属结核上升的速度。

优选地，所述多金属结核所需的拖曳力F_d与所述上升时间t分别满足以下关系式：

F_d-G＝m·a

V_s＝a·t

H＝V'·t