中高尺度固體顆粒氣力提升實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、氣力提升技術(shù)作為一種有效的舉升工具，在鉆孔水力開(kāi)采、深海采礦、河道清淤領(lǐng)域的應(yīng)用中凸具潛力。目前，隨著細(xì)尺度顆粒的采掘，大量中、高尺度金屬結(jié)核、塊狀砂礫等沉積在水中，難以得到有效提升。針對(duì)于此，本文采用實(shí)驗(yàn)手段結(jié)合理論建模對(duì)大顆粒的氣力提升機(jī)理及規(guī)律進(jìn)行研究。
　　本文以中、高尺度顆粒氣力提升為研究對(duì)象，深入探討氣-液-固三相流提升性能隨參數(shù)變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)以直徑為10mm，密度為1967kg/m3的麥飯石陶瓷顆為測(cè)試對(duì)象，研究各

2、參數(shù)對(duì)氣力提升性能的影響；實(shí)驗(yàn)同時(shí)采用高速攝像系統(tǒng)對(duì)管內(nèi)三相流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)拍攝，并通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
　　基于三相流理論及牛頓第二定律建立顆粒提升速度模型，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用能量守恒定律建立了提升效率模型，獲得了效率的影響因素及其相互作用規(guī)律。
　　實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)氣力提升性能的影響，研究結(jié)果表明：臨界進(jìn)氣量隨著進(jìn)氣深度的增大而增大，而隨淹沒(méi)率的上升而減?。幌嗤M(jìn)氣量下，系統(tǒng)排液量、排固量以

3、及提升效率隨淹沒(méi)率的升高而加大。此外，與淹沒(méi)率相比，氣量值對(duì)氣力提升性能的影響更為顯著，存在一個(gè)最優(yōu)的氣量值使得氣力提升性能達(dá)到最佳。
　　通過(guò)高速攝像儀獲取管內(nèi)顆粒的軌跡特征，并基于圖像處理方法對(duì)管內(nèi)顆粒分布狀態(tài)、速度特征進(jìn)行分析，闡明了氣力提升的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究結(jié)果表明：氣力提升管內(nèi)流型呈現(xiàn)周期性變換，依次為稀疏泡狀流-密集泡狀流-泡狀攪拌流-攪拌流-稀疏泡狀流。其中泡狀攪拌流相對(duì)稀疏泡狀流和密集泡狀流更有利于固體顆粒的提升；管