大洋海底丰富的金属矿产资源将成为未来全球矿产资源需求的主要供应来源,深海矿产资源开发利用的关键技术和装备将成为海洋工程前沿研究领域的热点。深海矿产资源开发技术的研究发展至今,管道提升式深海采矿系统已被公认为是最具有开发前景的开采方案。管道提升式深海采矿系统主要包括水面支持船、长距离垂直输运扬矿管道、水下中继站、输送软管以及海底集矿机器人。目前关于深海采矿系统总体水动力性能的相关研究较少,也尚未开展完整系统的水池模型试验研究。论文紧密结合国家重点研发计划项目“深海多金属结核开采试验工程”,综合三维势流理论,计算流体力学方法以及柔性管道集中质量法,建立了自海面至海底完整的深海采矿系统数值计算模型,开展了深海采矿系统在位状态以及布放回收状态的水动力性能分析,并针对深海采矿系统作业中存在的其它不同作业状态进行了计算;与此同时,在上海交通大学海洋工程深水池完成了水池模型试验研究,试验完整模拟了1200m水深的深海采矿系统。数值计算与试验结合,分析了在复杂海洋环境条件下深海采矿系统各关键位置的载荷与运动。论文研究得出了以下结论:本文研究的深海采矿系统在水面船浪向角在180°到135°范围内可以在五级海况下进行在位作业,在四级海况下进行布放回收;当浪向角为135°到90°范围内时,扬矿管顶端位置屈服应力会增加,安全系数较低,可能发生屈服破坏,同时在该浪向角下扬矿管和月池可能会发生碰撞;布放回收工况中,扬矿管底部位置等效应力在布放初期较大;采矿车由于受到的限制较少会出现较大的位移,在采矿车运动过程中,软管和提吊钢缆可能发生缠绕;被动式升沉补偿装置能减小顶部位置的载荷和垂向位移,但主要在迎浪时生效,横浪时升沉补偿装置效果不明显;万向节结构能显著减小结构在横浪时的剪力;采矿车运动对软管的载荷和构型有一定影响,需要综合考虑规划行进路线;水面船迎浪时,垂荡运动对扬矿管的轴向载荷影响最大;根据浪向角的不同,横摇和纵摇会对轴向张力产生一定影响。