中高尺度固體顆粒氣力提升實驗研究.pdf

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

2、參數(shù)對氣力提升性能的影響；實驗同時采用高速攝像系統(tǒng)對管內三相流運動狀態(tài)進行動態(tài)拍攝，并通過圖像處理技術對管內流場結構進行分析。
　　基于三相流理論及牛頓第二定律建立顆粒提升速度模型，在此基礎上運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。
　　實驗分析系統(tǒng)結構和運行參數(shù)對氣力提升性能的影響，研究結果表明：臨界進氣量隨著進氣深度的增大而增大，而隨淹沒率的上升而減小；相同進氣量下，系統(tǒng)排液量、排固量以

3、及提升效率隨淹沒率的升高而加大。此外，與淹沒率相比，氣量值對氣力提升性能的影響更為顯著，存在一個最優(yōu)的氣量值使得氣力提升性能達到最佳。
　　通過高速攝像儀獲取管內顆粒的軌跡特征，并基于圖像處理方法對管內顆粒分布狀態(tài)、速度特征進行分析，闡明了氣力提升的運動規(guī)律，研究結果表明：氣力提升管內流型呈現(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稀疏泡狀流和密集泡狀流更有利于固體顆粒的提升；管