隨著各國(guó)陸地資源的日趨減少，戰(zhàn)略資源的   競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)向海洋，海洋礦產(chǎn)資源已成為世界各國(guó)關(guān)注的   。目前   有商業(yè)開(kāi)采前景的采礦工藝是固液兩相流管道提升式，該工藝?yán)煤５准V車(chē)采集礦石，再利用管道將礦石提升到水面采礦船上。該開(kāi)采方式具有環(huán)保   、低成本和適合深海采礦運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。為滿(mǎn)足集礦車(chē)回采路徑的需要及適應(yīng)海底地形起伏變化，需在中繼倉(cāng)與集礦車(chē)之間連接一段軟管，使采礦系統(tǒng)易于控制、操作及采礦，從而使采礦過(guò)程   指數(shù)顯著提高。軟管空間形態(tài)在整個(gè)深海采礦系統(tǒng)中具有重要作用，但軟管復(fù)雜的空間形態(tài)不利于輸送固體礦石，容易發(fā)生堵管事故。因此如何軟管   是深海采礦系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的重要問(wèn)題之一。

目前，已有很多學(xué)者通過(guò)系統(tǒng)力學(xué)特性探究了采礦船和集礦車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)軟管受力特性影響，以及從   作業(yè)的角度分析了較優(yōu)軟管初始空間形態(tài)。運(yùn)用非線(xiàn)性有限元法和牛頓迭代法計(jì)算軟管有限元模型，   軟管初始空間構(gòu)形。針對(duì)輸送軟管兩端在采礦船和集礦車(chē)的牽引下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受到多個(gè)力和管內(nèi)流體等復(fù)雜載荷禍合作用，結(jié)合Morsion阻力方程，建立輸送軟管和內(nèi)外流場(chǎng)禍合作用下的力學(xué)模型。

運(yùn)用非線(xiàn)性有限元模擬計(jì)算方法，分析了軟管長(zhǎng)度，軟管集中吊掛浮力點(diǎn)配置等因素對(duì)軟管空間形態(tài)的影響，并分析了單拱形和雙拱型不同工況下較優(yōu)軟管初始構(gòu)型。然而，由于試驗(yàn)耗資大、難度系數(shù)高等因素，在實(shí)際采礦過(guò)程中軟管形態(tài)動(dòng)態(tài)變化及內(nèi)流對(duì)軟管形態(tài)的影響   成果卻鮮見(jiàn)報(bào)道。

本文基于粗顆粒深海采礦提升模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，   不同工況條件下軟管空間形態(tài)變化。在試驗(yàn)中主要考慮集礦車(chē)移動(dòng)距離、內(nèi)流流速、內(nèi)流密度等主要因素，分析各個(gè)因素對(duì)軟管空間形態(tài)的影響，探討不同工況條件下軟管空間形態(tài)變化規(guī)律以及軟管形態(tài)變化影響的內(nèi)在機(jī)理。以期為深海采礦系統(tǒng)軟管輸送參數(shù)設(shè)計(jì)提供   基礎(chǔ)。

在重力作用下，軟管可能觸及海底，管道與海底的摩擦力將使集礦車(chē)無(wú)法運(yùn)動(dòng)，因此，   在軟管上加裝浮力材料，使其懸浮在海水中。通過(guò)在輸送軟管上添加浮力球，使軟管在水中的整體浮力與重力大致相當(dāng)。如浮力不夠，在濃度較大時(shí)，軟管很有可能觸及海底；如浮力比整體重力大很多，將減少集礦車(chē)接地比壓，影響其運(yùn)動(dòng)性能。因此，軟管浮力材料的配置需要優(yōu)化計(jì)算。

輸送軟管的形態(tài)變化不僅受到集礦車(chē)拖曳力 和軟管自身的重力、浮力作用，還受到軟管內(nèi)部固 液兩相流對(duì)軟管的作用力，主要受到的力為內(nèi)流流體的沖力和重力。

當(dāng)內(nèi)流為漿體時(shí)，重力增量大于垂向上的沖力增量。因此，當(dāng)軟管中固體顆粒的體積濃度越高時(shí)，內(nèi)流流體密度變大，固液兩相流對(duì)軟管的壓力也隨之增大，從而導(dǎo)致軟管隆起幅度變小，且軟管兩側(cè)下垂幅度變大。

因此，當(dāng)軟管懸浮在水中且外流條件不變時(shí)，軟管形態(tài)變化主要受集礦車(chē)拖曳力和軟管內(nèi)流特J陛的影響。軟管形態(tài)的主要影響因素有軟管的內(nèi)流流速、內(nèi)流密度及集礦車(chē)的位移距離等。因此本文通過(guò)試驗(yàn)，   這幾個(gè)因素對(duì)軟管形態(tài)變化的影響，探究軟管的內(nèi)流流速、內(nèi)流密度及集礦車(chē)移動(dòng)距離與軟管形態(tài)之間的關(guān)系。