機械設(shè)計畢業(yè)論文外文翻譯---氣舉泵提升固態(tài)物的性能檢測

1、<p>　　譯自：Kawashima,T,Noda,K,Masuyama,T,Andoda,S,1975,“Hydraulic Transport of Solias by Air Lift Pump (in japanese)”Journal of The Mining and Metallurgical Institute of Japan,91.</p><p>　　氣舉泵提升固態(tài)物的性能檢

2、測</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　我們將檢測一種小型的用于提升固態(tài)物的氣舉提升系統(tǒng)。其垂直提升距離是3200mm，管子的內(nèi)徑是18mm。氣體噴射裝置安裝在管道的某一部位，提升管道的底端是水和固態(tài)物質(zhì)二者的混合物，而在氣體噴射孔以下是空氣，水，固體物資三者的混合物。不同時候檢測到的狀態(tài)結(jié)果也是不同的。不同組成成分直徑，不同密度，不同氣體噴

3、射位置，這些都是要研究的對象，在本文中我們也將討論固體剛好能夠被提升起來的臨界密度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣舉泵，氣液固三態(tài)溶液，成分直徑，氣體噴射點，臨界密度</p><p><b>　　1.概述</b></p><p>　　氣舉泵是指用來在化學工業(yè)中運輸開發(fā)的有毒液體的裝置，它也可以用在采礦工業(yè)運輸?shù)V物。同時氣舉泵也用來提升海底的礦

4、物，例如，提升海底磁石到海平面，氣舉泵由垂直提升管和氣體噴射器組成（如圖1所示）。在垂直提升管中向上的混合物來自水中噴射氣體處，在管子中的氣液或者氣液固三態(tài)混合物都是不穩(wěn)定的，同時他們在自然界也是不能變化著的。盡管我們研究的泵體非常簡單，但其傳輸現(xiàn)象卻是非常復(fù)雜的。</p><p>　　在今天，氣舉泵的性能還只停留在理論上研究，既然我們本文是研究用氣舉泵提升礦物，那么以前的研究就只能很少部分適用，Weber和De

5、degil曾利用一個大型的氣舉泵來做過實驗，這個氣舉泵的長度達到50到441米，而直徑有300mm.。他們還利用了三種不同的固態(tài)成分，同時檢測了這三種不會相互反應(yīng)的成分在氣體噴射器作用下的體積，Saito et al研究了當管子在7.7至196.6mm的不同長度下，氣舉泵的反應(yīng)性能，同時他們也把管子直徑從46.7mm增加到154mm。</p><p>　　Kato et al，Yoshinaga et al ,Y

6、oshinaga，Sato和Hatta et al在做實驗時為了使測試效果更準確而采用相對小的氣舉泵來傳輸固態(tài)物質(zhì)。在他們的實驗中，總的管道長小于10m,Kawashima檢測了提供的混合氣體和不溶水部分的關(guān)系，這些都是在管長6m以及管徑50mm的管道中做的，而固體成分用破碎的石頭來代替。</p><p>　　氣舉泵的性能取決于很多的因數(shù)，例如，提升管的規(guī)格，液體和固體的比例，提供空氣的輸入功率，工作的效率。由于

7、氣舉泵的功率相對機械泵要小，這些因數(shù)都要直接影響泵的操作性能，因此，氣舉泵的實驗條件是要細心選取的，從而來模擬真是的使用條件。為了確定合適的操作條件，首先了解系統(tǒng)的性能是很基本的。盡管有了許多已經(jīng)研究的數(shù)據(jù)，但這是不夠的，所以我們還需要設(shè)計專用的氣舉泵來提升固體物資，一個重要的目標是評估提升的邊界條件，在這個條件上，固體才可以被運走，而這些都是還沒有人研究過的。</p><p>　　在我們的研究中，研究的是一個相

8、對小而球是用來提升固體的泵，總共的管道長度為3200mm，、它的內(nèi)徑是18mm。在管道中的平均混合物密度小于泵中的密度，也就是說固態(tài)成分是可以沿著管子被提升的，我們的目的是提供有關(guān)氣舉泵的可適用的實驗數(shù)據(jù)。為了這一目的，不同固體物質(zhì)的直徑，密度，噴頭位置都是參數(shù)，他們都可以改變，我們將從實驗和理論上討論氣液固混合物的特性。</p><p><b>　　2.實驗方法</b></p>

9、<p>　　數(shù)據(jù)表1表是一個關(guān)于氣舉泵經(jīng)驗參數(shù)的綱要。氣舉泵的泵體包括了一個提升管，一個儲蓄器，一個吸收盒，一個噴射空氣的艙室，一個成分提供器，一個空氣分離器?？偣驳拈L度L（用塑料做的提升管長度）為3200mm，內(nèi)徑D=18mm,噴射器安放在管道的某個位置，提升管的底部與儲蓄器通過一個很大的管道相連，這個管道的直徑達到146mm。</p><p>　　在實驗中，從儲蓄器的頂部持續(xù)的提供水，儲蓄器中的

10、水位與吸收盒的距離為LS=2420mm。儲蓄器的內(nèi)徑比提升管的內(nèi)徑要大得多，在儲蓄器下部的混合物流要比提升器上部的混合物流動速度小，這些儲蓄器中的混合物都將影響泵的工作性能。</p><p>　　在成分提供器中鋁或玻璃狀的球狀固體成分通過管道被提供到吸收盒，同時提供的還有很多水，這種混合物如果是鋁時其密度，如果是玻璃時則是。固體成分的補給效率是由提供水的效率和在成分提供器底部的固體數(shù)量決定的，水和固體成分被同時吸

11、收入提升管中。</p><p>　　壓縮空氣通過空氣壓縮機和質(zhì)量控制器提供給艙室。在氣壓管中，氣體從艙室再噴出。氣體噴射器的具體細節(jié)如下，氣體噴射點從吸收盒開始，800mm,1300mm或者200mm。為了檢測氣體噴射點對工作性能的影響，在管道的外表面，氣體從不同位置被釋放到周圍環(huán)境中。</p><p>　　實驗是在泵穩(wěn)定的工作條件下進行的，混合物流的效率保持在一個穩(wěn)定值，也就是說，這種混

12、合物保持不變。因此，這個測量的各種物質(zhì)比例也是保持不變的，空氣的流動速度通過氣體質(zhì)</p><p>　　混合物流控制器提供的氣體效率通過氣體表面系數(shù)而體現(xiàn)出來。這個系數(shù)的范圍是0m/s< <3.27m/s.這是由于空氣壓縮機的原因。測量的的精度可以達到0.03m/s。</p><p>　　水流速度通過混合水和樣本時間被測量出來，然而質(zhì)量流速率通過混合物成分質(zhì)量和樣本時間確定，

13、混合的水直接通過混合器測量，混合成分質(zhì)量用整體測量，在混合成分后還有熱空氣烘干器，另外，樣本時間為10s或者20s。</p><p><b>　　量來限制和測量。</b></p><p>　　表面系數(shù)（固態(tài)）和（液態(tài)）按下面這個公式確定</p><p><b>　　, </b></p><p>　　

14、在這公式里，A代表提升管交叉部分的面積，測量的和精度在0.01M/S和0.002kg/s。和都以平均值來計算。</p><p>　　圖表b所示為一個吸附在垂直管上的噴射器，空氣通過245mm直徑的噴頭，噴射到艙室內(nèi)，并暫時儲存在那里，然后通過許多孔噴射到提升管中，這些孔的直徑和孔的數(shù)量都影響泵的工作。</p><p>　　一些驗證性實驗同時可以描述成下面的圖表。</p>&l

15、t;p>　　表2表明了氣體噴頭孔直徑在氣液兩相狀態(tài)的影響。這些氣體噴射點被放在=270mm,以及空的數(shù)量為4個時，我們發(fā)現(xiàn)孔直徑影響混合水的程度就非常小，相對壓強（在艙室內(nèi)相對大氣壓強）列于表1,由于小孔的直徑在表1的壓力相對表2要相對高一些。</p><p>　　表2（b）和（c）表明孔的數(shù)量對水成分的速度的影響。這些速度都是氣液兩態(tài)或者氣液固三態(tài)時的。相對地，孔的數(shù)量是一個或者四個，用3mm的鋁來做固體

16、。噴射點設(shè)置在=270mm處時，在氣液兩相和氣液固三相混合物流中孔的數(shù)量對水速度的影響是不容易被觀察到的，因此，氣噴方法研究結(jié)果是：如果孔直徑等于3mm或者更大，那么對速度影響很小，因此，對于目前實驗的需要，孔的直徑取為5mm。以及孔的數(shù)量取為4，壓力幾乎在=0.654m/s時變化很大，然而其表面流動中可以被觀察到在=1.963和=3.27m/s之間。</p><p>　　有關(guān)艙室壓力的頻率分析也如圖3（b）和3

17、（c）所示，在這些數(shù)據(jù)中，最大功率為100時，可以看見在兩相中將近4HZ時，頻率很強烈，對于三相混合物=0.015m/s時，結(jié)果和兩相情況很相似，因此，能量在頻率的底范圍是5HZ。</p><p><b>　　3 結(jié)果和討論</b></p><p>　　氣液兩相混合物流的結(jié)果可用一經(jīng)典的氣舉泵功能曲線來說明，表4代表噴射的流動氣體和混合水在多噴射孔之間的關(guān)系。這些混

18、合物明顯地減少，因為氣液兩相混合氣中氣體相對液體是動力，這種反應(yīng)曲線表現(xiàn)一種相似趨勢，特別是=2000mm時，這種混合物水增加了當噴射的氣體增加時所達到的最大值，然后再逐漸減少，頂點值可以明顯地看出=2000mm。</p><p>　　眾所周知氣液兩相模型混合物會隨著氣體的組成變化而在豎直管道中改變。到目前為止，許多流體模型圖已經(jīng)提了出來，Govier，Aziz和Taital et al從混合物氣泡中總結(jié)了一公式

19、，Weisman和Kang提出了一個表達式用來預(yù)測在傳輸液內(nèi)部氣泡，Golan et al引入了一個公式來預(yù)測氣泡從小到大的變動，這些結(jié)論都在圖4中表示。</p><p>　　圖5是典型的反應(yīng)曲線，并且鋁成分的直徑為=3mm。這些數(shù)據(jù)預(yù)計氣體系數(shù)和混合水之間的關(guān)系，固態(tài)流動系數(shù)js取作一個變量，在js穩(wěn)定時，反應(yīng)曲線表明這一趨勢與兩相混合物的反應(yīng),并且與圖4相似，混合水流體增加要比固體流體js增加得要大，由于固體

20、成分主要按介于液體和固體之間的拉力，這也是合理的。隨著流體的動力丟失，液體變小，另外，目前的三相流體反應(yīng)曲線和別的研究員的實驗結(jié)果相同，雖然實驗環(huán)境可能不相同，</p><p>　　圖5（b）表明供給的氣體與成分流體質(zhì)量流之間的關(guān)系。</p><p>　　圖6是在不同情況下，最大質(zhì)量流速和噴射氣體流之間的關(guān)系?？梢钥匆姷氖浅煞置芏葟娏业赜绊懟旌铣煞至鞯乃俣?，為了討論他們的原因，這一單一固體

21、成分在液體組成中占了重要作用時的影響，可以表示為如下方程：</p><p>　　在這公式中，t，g，，和都是平均值。</p><p>　　通過改寫這個公式，我們可以得到</p><p>　　這很明顯因為成分直徑減小，拉力變得更大。</p><p>　　圖7表明了在不同情況下有關(guān)氣舉泵在運輸固體成分的反應(yīng)曲線。在給定的最大水流速度發(fā)生在兩相氣液

22、時（js=0m/s）最小值發(fā)生在m /s之間的某一值。</p><p>　　處于這一邊界值上時固態(tài)成分可以沿著管道提升。這一界限是在一個物體模型的基礎(chǔ)上評估出來的，在零提升點時，情況就變成了只有一種成分了，固體成分在時可以被提升起來，既然固體成分相對液體是不可忽視的小部分，破碎系數(shù)相對固態(tài)系數(shù)=0,液態(tài)流動公式</p><p>　　因此我們可以得到以下的公式</p><

23、p>　　這一公式表明在氣體噴射點以下有提升固體的最小混合時水的比例，這個值在表2中所假設(shè)=0.42，公式5的結(jié)果在表7中的固體一欄中可以看出。</p><p>　　一個相似的公式可用來表述氣體噴射點以上的狀態(tài)，在這點以上，周圍流體是氣液混合物，氣體和液體比例系數(shù)</p><p>　　表明的是氣體分布系數(shù)，所以公式3可以改寫為</p><p>　　在這個公式中

24、和表示氣液混合物的密度和速度</p><p><b>　　這應(yīng)該寫成這個公式</b></p><p>　　這可以得到最終的等式8，在氣體噴射點，我們又得到一個公式</p><p>　　在公式9中氣體的破碎量系數(shù)</p><p>　　可有由以下公式確定aj,在這里面X由以下給出；</p><p>　

25、　液體破碎量系數(shù)可以表示為</p><p>　　氣體密度可以由以下給出</p><p>　　P.和R 表示氣體噴射點的壓力和氣體系數(shù)，氣體壓力與管道底部壓力有關(guān)，而且可以用以下公式表示</p><p>　　在這里面，表示大氣壓強和水面與吸管的距離。如圖1a所示，在左邊的第一列表示靜態(tài)壓強，第二列表示管中的動態(tài)壓力，被認為是分析的起點，第三列是在重力影響下的壓強，第四

26、列是由于管壁摩擦而產(chǎn)生的壓強，碎片系數(shù)由Blasius型表示在以下公式中</p><p>　　在這一公式中代表液體分離系數(shù)</p><p>　　,公式中的結(jié)果可以用圖6表示，可以看出Jl的情況，通過公式9可以得到它不公式5中的JL要小，這就表示這一極限可以通過兩相成分組成狀態(tài)情況來確定，這一趨勢可以由以下公式確定，</p><p>　　我們可以得到Jl公式7中可以看

27、出預(yù)測出的極限與測量的極限完全符合，雖然有時測量出的數(shù)據(jù)比預(yù)測數(shù)據(jù)要小。</p><p>　　公式5中Jl與只有單一固體成分向下運動到靜止的液體所得到的公式中的重力一樣，當液體被裝在垂直的圓管中，最終的重力由管徑影響，Ayukawa et al提出以下公式預(yù)測最終的速度</p><p>　　這一公式的結(jié)論也在圖7和表2中指出，在公式5和公式19中明顯的區(qū)別只有d不相同，公式19比公式7表達

28、出更準確的結(jié)論。</p><p><b>　　3.結(jié)論</b></p><p>　　提升固體成分的氣舉泵性能在上面已被驗證，實驗驗證了不同成分的直徑和密度以及氣體噴射點的位置對泵的性能影響。這一結(jié)論可以由以下總結(jié)得出。 </p><p>　　1 氣舉泵的特性被檢驗，在氣液固三態(tài)混合物中和液固兩態(tài)一樣，當氣流減少時混合物中水也減少，并到達最大

29、值后再減小，在氣液固三態(tài)中當氣體增加時氣液固三態(tài)也增加，然后達到平穩(wěn)，或者輕微減小。</p><p>　　2 組成成分的密度和直徑對泵的影響被驗證，當組成成分直徑和密度增加，總的組成成分也增加。</p><p>　　3 在混合液和組成部分中氣體噴射口也被驗證，氣體噴射口位置越高混合水和成分都會減少</p><p>　　4 用單一理論模型驗證提升極限可以確定這種模

30、型可以充分的預(yù)測混合水流的最小值。</p><p><b>　　感謝</b></p><p>　　因為在本文中Mr.a.amura給我提供了很多幫助，我很感謝他。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Giot,M,1982,Three-phase flow,in

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