氣力提升系統(tǒng)有著成本低廉、結構簡單、環(huán)境污染少和安全可靠等優(yōu)點,能夠實現傳統(tǒng)的輸運系統(tǒng)無法應用的場合,如水文地質復雜礦區(qū)鉆孔水力開采、深海采礦和較深水域河道清淤等。尤其是將氣力提升系統(tǒng)應用于鉆孔水力開采、深海采礦和河道清淤,這對減少經濟發(fā)展與礦產資源供應之間的矛盾,改善河道環(huán)境都具有重要意義。目前對于不同固體顆粒介質下,氣力提升機理和性能方面的研究不夠完善,導致氣力提升系統(tǒng)的應用受到限制。因此,本文以不同固體顆粒介質下的氣力提升系統(tǒng)作為研究對象,采用理論與實驗研究相結合的方式著重探討氣力提升機理和性能隨運行參數的變化特征。文中通過基于牛頓第二定律建立了不同固體顆粒介質下的臨界提升模型,并分析了氣力提升系統(tǒng)中固體顆粒介質的臨界提升條件,之后基于能量守恒定律建立了包含固體顆粒速率和液相速率的提升效率模型。采用麥飯石陶瓷顆粒和河沙固體顆粒分別作為氣力提升系統(tǒng)實驗測試裝置的提升介質,獲取了氣力提升性能隨運行參數的變化規(guī)律,同時運用高速攝像儀分別拍攝了兩種提升介質下的氣液固三相流流場結構,并在此基礎上,基于圖像處理技術得到了氣力提升管內的流動機理,結果表明:兩種固體顆粒介質下,固體顆粒的提升速率和液相的提升速率均隨淹沒率的升高出現增加趨勢,而隨進氣量的增加均呈先增大后減少直至趨于平緩的變化規(guī)律;兩種固體顆粒介質下的氣力提升效率均隨淹沒率的升高出現增加趨勢,而隨進氣量的增加則呈現出類似于反比關系;當進氣量較低時,河沙固體顆粒的提升速率比麥飯石陶瓷顆粒的提升速率高。此外,臨界提升模型和提升效率模型的計算結果與實驗結果吻合良好。兩種固體顆粒介質下的氣液固三相流均存在四種流型,分別為顆粒渦環(huán)流、顆粒波浪流、密集型泡狀流和顆粒環(huán)狀流,其中密集型泡狀流不僅在同一流型下,流型特征差異最小,而且在該流型下,兩種固體顆粒的提升速率均達到最大;同一流型間的微小變化,將引起兩種固體顆粒介質在軸向和徑向上的運動速度出現較大差異。本研究的主要內容較為貼近工程實際,取得的研究成果具有重要的工程應用價值。
【學位單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH21
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 本課題的研究背景及意義
    1.2 氣力提升系統(tǒng)國內外研究現狀
        1.2.1 氣力提升系統(tǒng)的建模研究
        1.2.2 氣力提升性能的研究現狀
        1.2.3 氣力提升系統(tǒng)內部流動機理研究現狀
    1.3 多相流研究現狀
        1.3.1 高速攝像法在多相流中的應用
    1.4 本課題的主要研究內容
第二章 氣力提升系統(tǒng)的理論分析與建模
    2.1 氣力提升系統(tǒng)的提升原理
    2.2 氣力提升性能影響分析
    2.3 氣力提升機理中固體顆粒介質的臨界提升條件
    2.4 氣力提升系統(tǒng)效率模型
    2.5 總結
第三章 不同固體顆粒介質實驗測試系統(tǒng)
    3.1 實驗目的
    3.2 實驗裝置及其參數要求
        3.2.1 實驗裝置
        3.2.2 參數要求
    3.3 實驗過程與方法
    3.4 本章小結
第四章 實驗結果與分析
    4.1 運行參數對不同固體顆粒介質下氣力提升性能的影響
    4.2 不同固體顆粒介質下氣力提升機理的分析
        4.2.1 不同固體顆粒介質下氣力提升管內的流型特征
        4.2.2 不同固體顆粒介質下氣力提升管內顆粒的運動速度
    4.3 總結
第五章 結論
參考文獻
攻讀學位期間主要的研究成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2838938