海底矿物颗粒垂直水力输送的压力损失机理：基于CFD-DEM的微观机制研究

《Powder Technology》：Pressure loss in the vertical hydraulic transport of seabed mineral particles

本文采用计算流体动力学-离散元法（CFD-DEM）从微观角度系统研究了海底矿物颗粒垂直水力输送（VHT）过程中的压力损失机制。研究揭示了压力损失主要由固液混合物重力、壁面剪切应力和颗粒-壁面碰撞三因素构成，创新性地提出用颗粒温度量化颗粒波动对碰撞压力损失的影响，并建立了恢复系数的近似确定方法，为深海采矿装备的优化设计提供了重要理论支撑。

　　

亮点

CFD-DEM的应用

本研究采用OpenFOAM耦合LIGGGHTS的CFD-DEM方法分析固体颗粒的垂直水力输送（VHT），通过整合流体动力学与颗粒力学，实现对固液相互作用细节的精准捕捉。

压力损失的产生原理与影响因素

固体颗粒VHT管道中的压力损失显著高于单相流体管道，主要归因于固体颗粒的存在。

颗粒温度

颗粒波动对固体颗粒VHT的压力损失具有重要影响。首先，由颗粒波动驱动的颗粒-颗粒碰撞会耗散颗粒动能，增加对载流液的阻力，从而加剧流体湍流，间接导致壁面剪切应力引起的压力损失i_f/w升高。其次，颗粒波动引发的颗粒-壁面碰撞会降低颗粒的轴向动量，直接...

结论

本研究通过CFD-DEM从微观角度探究了固体颗粒VHT过程中的压力损失。 simulations are fully validated against experimental data from 25 cases, encompassing average particle velocity, average slip velocity, particle concentration, and pressure gradient. While the predicted slip velocity shows some deviation from measured results due to differing determination methods, the overall accuracy of the CFD–DEM simulations remains high.

VHT过程中的压力损失...