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摘要
海底矿石在软管中的水力输送是深海采矿的重要过程。采用计算流体动力学—离散元耦合的计算方法（CFD-DEM），对矿石颗粒在软管中的输送进行数值模拟，重点关注矿石颗粒的运动、分布规律以及管壁受到的颗粒作用力，分析输送速度和输送浓度（入射颗粒的体积分数）对输送过程的影响规律，探索管道中易发生堵塞、易受颗粒磨损的区域。结果表明，软管中颗粒的动力学特性与管道倾角、输送速度和输送浓度有关。颗粒主要沿管道截面底部推移，倾角较大的上升段出现处于悬移状态的颗粒；管道横截面内颗粒运动速度从上至下递减，截面中心处颗粒的速度接近输送速度。输送过程中颗粒的局部浓度（该区域颗粒与固液两相流的体积比）始终大于输送浓度，局部平均速度始终小于输送速度。上升段颗粒体积分数大于下降段，颗粒速度小于下降段。管道拱顶和谷底位置管壁所受颗粒作用力最明显，管壁最可能受颗粒磨损。
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单位上海交通大学; 海洋工程国家重点实验室
