具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所表示的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明提供的气举提升法的采矿参数确定方法，可以是应用在终端中，终端可以通过本发明提供的气举提升法的采矿参数确定方法确定采用气举提升法进行采矿时的采矿参数。如图1所示，所述气举提升法的采矿参数确定方法的一个实施例中，包括步骤：

S100、获取预设参数，其中，所述预设参数包括：立管直径、立管总长、液面到立管入口的长度、二相段长度以及三相段上每个分段的长度。

具体地，采用气举提升法进行深海采矿的原理示意图如图2-3所示，气举提升法中采用一根立管将矿粒从水下将矿粒提升至液面(海水面)A以上，具体地，液体(海水)和固体(矿粒)从立管入口E处进入立管，在立管的上设置有进气口I，将气体从进气口处压进立管，立管的EI段内只有液体和固体，称为二相段，而进气口I到立管出口O之间的IO段内有液体、固体和气体，称为三相段，在进行采矿之前，需要确定采矿的各个参数，目前，还没有采用气举提升法进行深海采矿的参数确定方法，在本实施例中，预设设置部分参数，根据这些参数确定立管内的液体通量和固体通量，这样，可以研究得到不同的预设参数所能实现的采矿产量，进而对预设参数进行相应的调整，选择满足采矿产量的各个采矿参数。

如图2-3所示，在本实施例中，首先设定预设参数：立管直径、立管总长、液面到立管入口的长度、二相段长度以及将三相段划分为各个分段后每个分段的长度。具体地，在本实施例中，将三相段划分为各个分段，每个分段的长度可以相同或不同。获取预设参数后，本实施例提供的气举提升发的采矿参数确定方法还包括步骤：

S200、设定目标参数的第一初始值，根据所述目标参数迭代计算三相段上每个分段节点气体体积浓度、每个所述分段节点上的压力以及所述立管内控制体的总动量值，得到所述目标参数的最终值。

所述目标参数包括液体通量和固体通量，由于通量是在流体运动中，单位时间内流经单位面积的某属性量，在本实施例中，所述目标参数为体积通量，即，获取立管内的液体单位时间内流经单位面积的液体体积量和固体体积量，不难看出，获取到了固体(矿粒)通量，就可以获取相应的采矿产量。

具体地，所述目标参数的最终值满足以下条件：

分别根据所述最终值以及中间值得到的三相段上每个分段节点的气体体积浓度之间的变化量均小于第一预设值，且，分别根据所述最终值以及所述中间值得到的三相段上每个分段节点的压力之间的变化量均小于第二预设值，且根据所述最终值得到的总动量值小于第三预设值，其中，所述中间值为得到所述最终值的前一次迭代中得到的所述目标参数的值。

下面对迭代获取所述目标参数的最终值的过程进行详细说明：

所述根据所述目标参数迭代计算三相段上每个分段节点的气体体积浓度、每个所述分段节点上的压力以及所述立管内控制体的总动量值，包括：

S01、为所述立管的气体入口处的压力选择第二初始值，根据所述第二初始值以及所述预设参数确定三相段内各个分段节点的压力值；

具体地，所述第二初始值可以为所述立管的气体入口处的静液压，即，所述立管的气体入口处受到的海水的静水压，当采矿地点确定后，就可以确定所述立管所处的海水的密度，进而得到所述气体入口处的静液压。在本实施例中，将所述立管内的三相段分为多个分段，将第一个分段的终点(即第二个分段的起点)称为第一个分段节点，不难看出，所述气体入口为三相段的起点，即第一个分段的起点，根据所述第二初始值及所述预设参数确定三相段内各个分段节点的压力值，包括：

在保证所述立管的出口处的压力为大气压的情况下，对所述第二初始值在三相段长度上进行线性递减，获取所述各个分段节点的压力值。

也就是说，每个分段节点的压力值与所述第二初始值的差值和该分段节点与所述气体入口之间的距离成正比，P＝P0-B*X，P为分段节点的压力值，P0为所述第二初始值，X为分段节点到气体入口的距离，B为常数，B的设置需要满足最后一个分段节点(即所述立管的出口O)的压力为大气压。

S02、根据所述各个分段节点的压力值确定各个分段节点上的气体密度和气体通量。

具体地，压入所述立管内的气体为空气，将空气看成理想气体，已知各个分段节点上的压力，可以确定各个分段节点上的气体密度，压缩机每秒钟将一大气压(Patm)下压入进气管的体积(Vatm)是可以控制的，即是一个已知量，那么，知道了某点的压力，就可以得到每秒钟通过该点的空气体积，这个体积再除以立管截面积，就得到了该点的气体通量。

S03、根据所述气体密度和所述气体通量以及当前所述目标参数的值计算三相段内所述各个分段节点的气体体积浓度。

具体地，在步骤S03中，是根据第一预设公式确定各个分段节点的气体体积浓度，所述第一预设公式为：

C_LS＝C_L+C_S＝1-C_G，

其中，C_G、C_L、C_S分别为气体体积浓度、液体体积浓度和固体体积浓度，ρ_G、ρ_L、ρ_S分别为气体密度、液体密度和固体密度，j_G、j_L、j_G分别为气体通量、液体通量和固体通量，v_r为固态颗粒与流体之间的相对速度。v_r可以用以下公式表示：

其中，α_f为与矿粒形状有关的系数，用来记及固态颗粒不是标准的球形，d_s为矿粒的固态颗粒直径，C_d为液体的阻力系数，α_h是一个与矿粒的Reynolds number R_ep相关的变量，α_h由下式计算：

其中，μ_L为所述立管内液体的黏度系数。

当采矿的作业环境确定后，液体密度(深海采矿时为海水密度)、固体密度(矿粒的密度)、以及α_f、d_s、C_d、μ_L就可以相应确定。根据各个分段节点处的气体通量和气体密度以及当前所述目标参数的值，通过上述第一预设公式，可以计算得到各个分段节点处的气体体积浓度。

S04、分别将本次迭代得到的每个所述分段节点的气体体积浓度与前一次迭代得到的气体体积浓度进行比较，确定每个所述分段节点的气体体积浓度变化量是否均小于所述第一预设值；

若是，则保留当前所述目标参数的值用于更新所述各个分段节点的压力值；若否，则选定新的所述目标参数的值，重复执行根据所述各个分段节点的压力值以及当前所述目标参数的值确定各个分段节点上的气体密度和气体通量，开始新一轮迭代。

每次迭代时，选取新的所述目标参数的值，通过步骤S01～S04，确定所述各个分段节点的气体体积浓度，将本次得到的每个分段节点的气体体积浓度分别与前一次得到的气体体积浓度进行比较，即，对于每一个分段节点，都获取本次迭代得到的气体体积浓度和上一次迭代得到的气体体积浓度，并计算两次迭代得到的气体体积浓度的变化量，若每个分段节点的气体体积浓度变化量均小于第一预设值，则保留当前所述目标参数的值，进入步骤S05，使用当前所述目标参数的值进行进一步计算，否则，则选取新的所述目标参数的值，重复步骤S01～S04，直至每个分段节点上相邻两次迭代得到的气体提浓度的变化量均小于所述第一预设值。所述第一预设值可以根据试验结果确定，例如取0.001％、0.005％等。

S05、根据保留的所述目标参数的值计算二相段内的第一压降、气体入口处的第二压降以及三相段内各个分段内的第三压降，根据所述第一压降、所述第二压降、以及所述第三压降重新确定三相段内所述各个分段节点的压力值。

具体地，所述第一压降为二相段内总压降，包括管壁摩擦导致的压降和所述立管的下端由于二相流入口和加速引起的压降，所述第二压降为所述气体入口处三相混合流的加速导致的压降，所述第三压降为三相段内摩擦导致的压降，所述第一压降、所述第二压降以及所述第三压降分别通过第二预设公式、第三预设公式和第四预设公式获取。

所述第一预设公式为：

ΔP₁＝ΔP₂+ΔP_E

所述第三预设公式为：

所述第四预设公式为：

其中，ΔP₁、ΔP_I、ΔP分别为所述第一压降、所述第二压降和所述第三压降，C_G、C_L、C_S分别为气体体积浓度、液体体积浓度和固体体积浓度；C_L,2、C_S,2分别为二相段内的液体体积浓度和固体体积浓度，ρ_G、ρ_L、ρ_S分别为气体密度、液体密度和固体密度，L_EI为二相段长度，D为立管直径，v_G、v_L、v_S分别为气体流速、液体流速和固体流速，Δz为三相段内各个分段的长度，X(z)表示第z个分段节点处X的值，λ、ξ_E、ξ_a为预设计算系数，可以通过实验、经验得到。

具体地，二相段内的液体体积浓度和固体体积浓度，可以通过以下公式计算：

C_LS＝C_L+C_S＝1，

其中，v_r为固态颗粒与流体之间的相对速度，v_r的计算公式可以参见前文的说明。

在计算得到所述第一压降、所述第二压降以及所述第三压降后，根据所述第一压降、所述第二压降、以及所述第三压降重新确定三相段内各个分段节点的压力值，具体可以是将所述立管的入口处的静液压减去所述第一压降和所述第二压降，得到所述气体入口处的压力值，再依次减去各个分段的所述第三压降，得到各个分段节点处的压力值。在本实施例中，还考虑静压降，即，根据所述第一压降、所述第二压降、以及所述第三压降重新确定三相段内各个分段节点的压力值，包括：

获取立管入口的静液压以及二相段内的静压降和三相段内所述各个分段的静压降；

将所述静液压减去所述第一压降、所述第二压降、二相段内的静压降、第一个所述分段的所述第三压降和第一个所述分段的静压降，得到第一个分段节点的压力值；

将第n个分段节点的压力值减去第n+1个分段的所述第三压降和第n+1个分段的静压降，得到第n+1个分段节点的压力值。

S06、重复执行所述根据所述各个分段节点的压力值以及当前所述目标参数的值确定各个分段节点上的气体密度和气体通量的步骤。

在获取到新的所述各个分段节点的压力值后，重复执行步骤S03～S05，这样，就能够对所述各个分段节点的压力值进行更新。

S07、确定每个所述分段节点的压力值在本次迭代得到的值与上第一次迭代得到的值之间的变化值是否均小于所述第二预设值；

若是，则保留当前所述目标参数的值用于计算气举提升系统的总动量值，若否，则重新执行所述根据所述第二初始值确定三相段内各个分段节点的压力值的步骤，开始新一轮迭代。

在每次对所述各个分段节点的压力值进行更新后，将每个分段节点的压力值的更新后的值和更新前的值进行比较，获取二者的变化量，若变化量大于第二预设值，那么丢弃当前的所述目标参数的值，选取新的所述目标参数的值，重复步骤S01～S07的迭代，直至每个所述分段节点的压力值在本次迭代得到的值与上第一次迭代得到的值之间的变化值均小于所述第二预设值；若变化量小于第二预设值，那么保留当前所述目标参数的值，执行步骤S08。所述第二预设值可以根据试验和经验得到，例如，所述第二预设值可以取1％、2％等。

S08、根据保留的所述目标参数的值计算所述立管内控制体的总动量值。

具体地，如图2所示，所述立管内控制体(二相、三相)的总动量值包括进入所述立管的控制体的混合流的动量G1、流出所述立管的控制体的混合流的动量G2、二相段内管壁摩擦对控制体总动量的贡献G3、三相段内管壁摩擦对控制体总动量的贡献G4、二相段内混合物的重量对控制体总动量的贡献G5、三相段内混合物的重量对控制体总动量的贡献G6以及立管入口处的静液压对动量的贡献G7。

总动量值G＝G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7。在理想状况下，总动量值G应为0，实现控制体的动量平衡。

下面给出每个分量的计算公式：

G₁＝A(j_Lρ_Lv_L，E+j_Sρ_Sv_S，E)；

G₂＝A(j_G，Oρ_G，Ov_G，O+j_Lρ_Lv_L，O+j_Sρ_Sv_S，O)；

其中，v_L,E、v_S,E分别为立管入口E处的液体速度和固体速度，v_G,O、v_L,O、v_S,_O分别为立管出口O处的气体速度、液体速度和固体速度。

与管壁摩擦相关的分量G3和G4，需要分表计算二相段的三相段的摩擦剪切应力τ，乘以立管内壁周长，再沿二相段和三相段的管长做积分，在本实施例中，通过计算压降来进行简化：

其中，N_r为三相段内分段的个数，ΔP₂、ΔP_E、ΔP_I可以根据前文的说明进行计算。

G₅＝-A g L_EI(ρ_LC_L，2+ρ_sC_S，2)；

G₇＝A g L_EAρ_L；

其中，A为立管的截面积，L_EI为二相段长度，L_EA为立管入口与液面的距离。

若本次迭代得到的所述总动量值小于第三预设值，那么将当前所述目标参数的值作为所述目标参数的最终值，若本次迭代得到的所述总动量值大于第三预设值，那么丢弃当前所述目标参数的值，重新选择所述目标参数的值，重复步骤S01～S08的迭代，知道得到使得所述总动量值小于所述第三预设值的所述目标参数。所述第三预设值可以根据试验和经验值确定，例如，所述第三预设值可以取500kg.m/s，300kg.m/s等。

上述迭代过程，可以通过FORTRAN90算法语言编制为程序，当然，也可以在C、C++、VB等其他程序平台实现。

综上所述，本实施例提供一种气举提升法的采矿参数确定方法，将气举提升法应用于深海采矿时产生的三相段分成各个段，通过迭代的方式获取使得气举提升系统的总动量值满足条件的液体通量和固体通量，实现了气举提升法应用于深海采矿时的采矿参数确定。如图4-8所示，根据本实施例提供的气举提升法的采矿参数确定方法，可以计算得到不同立管之间所需的空气通量(图4)、空气入口深度对能耗的影响(图5)、矿粒尺寸对气举提升系统能耗的影响(图6)、产能上限曲线(图7)、能耗随产能变化曲线(图8，ds＝15mm)。

应该理解的是，虽然本发明说明书附图中给出的的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

实施例二

基于上述实施例，本发明还相应提供了一种终端，如图9所示，所述终端包括处理器10以及存储器20。图9仅示出了终端的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

所述存储器20在一些实施例中可以是所述终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述终端的外部存储设备，例如所述终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述终端的应用软件及各类数据。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有气举提升法的采矿参数确定程序30，该气举提升法的采矿参数确定程序30可被处理器10所执行，从而实现本申请中气举提升法的采矿参数确定方法。

所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行实施例一中所述气举提升法的采矿参数确定方法等。

实施例三

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的气举提升法的采矿参数确定方法的步骤。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。