(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111566075.2 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 中国地质大 学 （北京） 地址 100191 北京市海淀区学院路2 9号 (72)发明人 夏建新　官雷　栾芳芳　曹华德　 魏定邦　张东宽　 (74)专利代理 机构 北京开阳星知识产权代理有 限公司 1 1710 代理人 王艳斌 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多金属结核釆集头参数匹配方法 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书12页 附图6页 CN 114329824 A 2022.04.12 CN 114329824 A 1.一种多金属结核釆集头参数匹配方法， 其特 征在于， 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。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 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。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 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。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 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。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述水流上升速度Vf与所述多金属结核所 需的拖曳力Fd满足以下关系式： 其中： CD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。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述多金属结核所需的拖曳力 Fd与所述上 升时间t分别满足以下关系式： Fd‑G＝m·a Vs＝a·t H＝V'·t 其中， G为所述多金属结核的水下重量与浮力的差值， m为所述多金属结核 的质量， a为 所述多金属结核的实时加速度， H为所述采集头的离底高度， V'为所述多 金属结核 上升的平 均速度。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述采集头的参数还包括射流角度， 所述 射流角度大于等于 50°， 小于等于80 °。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述采集头的参数还包括喷嘴射流速度， 所述喷嘴射流速度V0满足以下关系式： 其中， P0为喷嘴出口处压力， CD为水流阻力系数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114329824 A 2一种多金属结核釆集头参数匹配方 法 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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 [0004]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： [0005]采用仿真模拟软件， 得到采集头内部水流上升 速度； [0006]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； [0007]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。 [0008]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。 [0009]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。 [0010]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： [0011]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； [0012]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。 [0013]优选地， 所述水流上升 速度Vf与所述多金属结核所需的拖曳力Fd满足以下关系式：说　明　书 1/12 页 3 CN 114329824 A 3