深海采矿：高速螺旋流的三维数值模拟与仿真分析

"扬矿管内高速螺旋流的数值模拟与仿真 (2015年)" 在深海采矿领域，水力提升系统是关键的技术之一，其中高速螺旋流的流动规律对于提升效率和设备的耐用性至关重要。这篇2015年的论文由唐军和高瑞杰发表在江西理工大学学报上，主要研究了高速螺旋流在扬矿管内的三维数值模拟与仿真。论文采用了流行的CFD（计算流体力学）软件Fluent，并运用欧拉双流体模型来处理液固两相流的问题。 欧拉双流体模型是一种处理多相流的有效方法，它将流体和固体颗粒看作两个相互作用的连续介质，分别对它们进行独立的运动方程求解。在这种模型中，液相和固相的物理性质如密度、速度、压力等都被考虑，使得模型能够更准确地描述液固两相流的复杂交互。 论文通过数值模拟揭示了扬矿管内部不同横截面上的速度场和压力场分布。结果显示，高速螺旋流在提升过程中，管心附近产生负压，这个负压沿轴向显著增强，形成了一个类似于龙卷风的效应。这种负压区域具有强烈的卷吸作用，能有效抽吸管壁附近的锰结核颗粒，将其向管道中心聚集。 锰结核是深海采矿的主要目标资源，其在提升过程中与管壁的碰撞可能导致磨损，降低扬矿管的寿命。因此，通过高速螺旋流形成的龙卷风效应，可以避免颗粒与管壁直接接触，减少磨损，从而延长扬矿管的使用寿命。此外，这种流动模式还有助于保持颗粒的稳定性，防止在提升过程中因颗粒间的碰撞而产生的破碎。 论文的关键词包括扬矿管、欧拉模型、高速螺旋流和数值模拟，这表明研究的核心在于利用计算方法研究深海采矿中特有的流体力学问题。根据中图分类号TV13，我们可以推断这篇论文属于矿业工程或水利工程的范畴。文献标志码A则表示这是一篇原创性的科研论文，具有较高的学术价值。 这篇论文为深海采矿技术提供了理论支持，通过数值模拟的方法深入理解了高速螺旋流在扬矿管中的作用机制，为设计更高效、更耐用的深海采矿系统提供了重要参考。这一研究不仅有助于提高资源提取的效率，也有利于减少设备维护成本，对深海采矿行业的技术进步具有重要意义。