Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hình thái của đường ống truyền dẫn thủy lực khai thác biển sâu và các quy luật ảnh hưởng của nó trong môi trường động lực học biển
Tóm tắt
Đường ống nâng thủy lực, một trong những thành phần chủ chốt của hệ thống nâng thủy lực bơm bùn, được lấy làm đối tượng nghiên cứu trong bài báo. Dựa trên các đặc tính tĩnh của đường ống dẫn thủy lực, mô hình ba chiều không gian của ống dẫn được xây dựng. Một mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến hình học của đường ống nâng thủy lực đã được thiết lập, và sự dịch chuyển tĩnh của đường ống nâng thủy lực trong trạng thái ổn định đã được mô phỏng số. Các đặc tính tĩnh của đường ống đã được thu được, khi vị trí của máy khai thác, tốc độ dòng hải lưu và mức sóng khác nhau. Việc mô phỏng số phản ứng của đường ống nâng thủy lực dưới tác động động lực đã được thực hiện, và các đặc tính dòng chảy của trường dòng trong đường ống dưới tải sóng đã được xác định. Một phương trình kiểm soát dòng chảy hai pha rắn-lỏng cho bơm bùn dựa trên mô hình Euler đã được thiết lập, và dòng chất lỏng hai pha trong ống dẫn đã được mô phỏng số. Kết quả cho thấy sự thay đổi vị trí của máy khai thác có ít ảnh hưởng đến sự dịch chuyển ngang và ứng suất uốn của ống cứng, nhưng có tác động lớn đến phân bố áp suất, phân bố trường vận tốc pha rắn và tổn thất áp suất trong đường ống. Sự thay đổi của dòng hải lưu có ít tác động đến hình dạng không gian của ống dẫn và sự dịch chuyển ngang của ống cứng, nhưng có ảnh hưởng lớn đến tổn thất áp suất trong đường ống. Mức sóng có ảnh hưởng lớn đến hình dạng không gian của ống dẫn và sự dịch chuyển ngang của ống cứng. Tổn thất áp suất do sự thay đổi của dòng hải lưu và mức sóng có thể được giảm thiểu bằng cách thay đổi vị trí của máy khai thác.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
SEEDHOUSE E. Deep-sea mining and energy exploitation [M]// Ocean Outpost. New York, NY: Springer New York, 2010: 127–140. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-6357-4_7.
DUMKE I, NORNES S M, PURSER A, et al. First hyperspectral imaging survey of the deep seafloor: High-resolution mapping of manganese nodules [J]. Remote Sensing of Environment, 2018, 209: 19–30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.02.024.
RAHUL S. Deep-sea mining: Resource potential, technical and environmental considerations [M]. Cham: Springer International Publishing, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-52557-0.
HOAGLAND P, BEAULIEU S, TIVEY M A, et al. Deep-sea mining of seafloor massive sulfides [J]. Marine Policy, 2010, 34(3): 728–732. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpol.2009.12.001.
XU Hai-liang, HE Qing-hua. Deep-sea mining transporting equipment combined single pump and ore tank [J]. Journal of Central South University of Technology (Natural Science), 2005, 36(1): 92–96. (in Chinese)
LIU Shao-jun, WEN Hao, ZOU Wei-sheng, et al. Deep-sea mining pump wear prediction using numerical two-phase flow simulation [C]//2019 International Conference on Intelligent Transportation, Big Data & Smart City (ICITBS). Changsha, China: IEEE, 2019: 630–636. DOI: https://doi.org/10.1109/ICITBS.2019.00157.
SHARMA R. Deep-sea mining: Current status and future considerations [M]// SHARMA R. Deep-Sea Mining. Cham: Springer International Publishing, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-52557-0_1.
NI Jia, LIU Shao-jun, WANG Ming-feng, et al. The simulation research on passive heave compensation system for deep sea mining [C]// 2009 International Conference on Mechatronics and Automation. Changchun: IEEE, 2009: 5111–5116. DOI: https://doi.org/10.1109/ICMA.2009.5246165.
NATH B N, SHARMA R. Environment and deep-sea mining: A perspective [J]. Marine Georesources & Geotechnology, 2000, 18(3): 285–294. DOI: https://doi.org/10.1080/10641190009353796.
CHUNG J S, CHENG B. MSE and FEM modeling of thrusts to elastic joints of long vertical pipe in 3-D nonlinear motions [J]. International Journal of Offshore and Polar Engineering, 1999, 9(2): ISOPE–99–09–2–117.
SAW V K, GUDALA M, UDAYABHANU G, et al. Kinetics of methane hydrate formation and its dissociation in presence of non-ionic surfactant Tergitol [J]. Journal of Unconventional Oil and Gas Resources, 2014, 6: 54–59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.juogr.2013.07.001.
LAREO C, NEDDERMAN R M, FRYER P J. Particle velocity profiles for solid-liquid food flows in vertical pipes part II. Multiple particles [J]. Powder Technology, 1997, 93(1): 35–45. DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-5910(97)03244-0.
GLASBY G P, LI Jun, SUN Zhi-lei. Deep-sea nodules and co-rich Mn crusts [J]. Marine Georesources & Geotechnology, 2015, 33(1): 72–78. DOI: https://doi.org/10.1080/1064119x.2013.784838.
XIA J, CAO B, ZOU Y. Water-hammer pressure in hydraulic lifting pipeline of deep sea mining system [J]. Mechanics in Engineering, 2015, 37(5): 603–606. DOI: https://doi.org/10.6052/1000-0879-14-389
CAI Jia-xiang, LIN Xiong-wei, CHEN Dao-yi, et al. Design and application of an in situ particle observation system in deep sea [J]. The Ocean Engineering, 2015, 33(4): 68–78. DOI: https://doi.org/10.16483/j.issn.1005-9865.2015.04.009. (in Chinese)
ZHAO Hai-ming, JI Ya-qian, HONG Yu-jiu, et al. A Volterra series-based method for extracting target echoes in the seafloor mining environment [J]. Ultrasonics, 2016, 71: 29–39. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2016.05.019.
MA Li-qiang, JIN Zhi-yuan, LIANG Ji-meng, et al. Simulation of water resource loss in short-distance coal seams disturbed by repeated mining [J]. Environmental Earth Sciences, 2015, 74(7): 5653–5662. DOI: https://doi.org/10.1007/s12665-015-4581-6.
HARI V N, KALYAN B, CHITRE M, et al. Spatial modeling of deep-sea ferromanganese nodules with limited data using neural networks [J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2018, 43(4): 997–1014. DOI: https://doi.org/10.1109/JOE.2017.2752757.
ZHANG L, TIJSSELING S A, VARDY E A. Fsi analysis of liquid-filled pipes [J]. Journal of Sound and Vibration, 1999, 224(1): 69–99. DOI: https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2158.
XU Hai-liang. Research on the pump-vessel combined ore lifting equipment for deep-sea rigid pipe mining system [J]. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2008, 130(1): 1. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2427070.
XIA J X, NI J R, MENDOZA C. Hydraulic lifting of manganese nodules through a riser [J]. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2004, 126(1): 72–77. DOI: https://doi.org/10.1115/1.1641385.
MALONE K, PESCH S, SCHLÜTER M, et al. Oil droplet size distributions in deep-sea blowouts: Influence of pressure and dissolved gases [J]. Environmental Science & Technology, 2018, 52(11): 6326–6333. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.8b00587.
ZHAO Hui, QIU Wei-ting, QU Wei-lu. Countermeasure study on deep-sea oil exploitation in the South China Sea—A comparison between deep-sea oil exploitation in the South China Sea and the gulf of Mexico [J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, 113: 012139. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/113/1/012139.
WANG Lei, HUANG Rong-hui, WU Ren-guang. Interdecadal variability in tropical cyclone frequency over the South China Sea and its association with the Indian Ocean Sea surface temperature [J]. Geophysical Research Letters, 2013, 40(4): 768–771. DOI: https://doi.org/10.1002/grl.50171.
XU Hai-liang, CHEN Wei, HU Wen-gang. Hydraulic transport flow law of natural gas hydrate pipeline under marine dynamic environment [J]. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2020, 14(1): 507–521. DOI: https://doi.org/10.1080/19942060.2020.1727774.
WANG Nai-wen. Quaternary geology and environment of China [J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1987, 59: 329–330. DOI: https://doi.org/10.1016/0031-0182(87)90095-2.
LU Wen-zheng. Characteristics of the distribution and control factors of polymetallic nodules in the west region of CCFZ (China pioneer area) [J]. Engineering Sciences, 2004, 2(2): 12–14, 32. (in Chinese)
Tenth Five-Year Plan Mining Sea Trial System Chief Engineer Group. Ocean polymetallic nodule pilot test mining system 1000 m sea trial overall system technical design [R]. Beijing: China Ocean Research Association Report, 2004. (in Chinese)
CHEN Wei, XU Hai-liang, KONG Wei-yang, et al. Study on three-phase flow characteristics of natural gas hydrate pipeline transmission [J]. Ocean Engineering, 2020, 214: 107727. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107727.
MAKOGON Y F. Natural gas hydrates—A promising source of energy [J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2010, 2(1): 49–59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jngse.2009.12.004.
RAJNAUTH J, BARRUFET M. Monetizing gas: Focusing on developments in gas hydrate as a mode of transportation [J]. Energy Science and Technology, 2012(4): 61–68. DOI: https://doi.org/10.3968/J.EST.1923847920120402.569.
PAÏDOUSSIS M P, ISSID N T. Dynamic stability of pipes conveying fluid [J]. Journal of Sound and Vibration, 1974, 33(3): 267–294. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-460X(74)80002-7.
HEYWOOD N, ALDERMAN N. Developments in slurry pipeline technologies [J]. Chemical Engineering Progress, 2003, 99: 36–43.