不同固体颗粒介质下气力提升机理及性能研究.pdf

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1、分类号密级不同固体颗粒介质下气力提升机理及性能研究研究生姓名：王霞光指导教师姓名、职称：唐川林教授学科专业：机械工程研究方向：高效射流理论及应用湖南工业大学二〇一八年六月八日分类号密级不同固体颗粒介质下气力提升机理及性能研究StudyonMechanismandPerformanceBasedonDifferentSolidsMediaforAir-lifting研究生姓名：王霞光指导教师姓名、职称：唐川林教授学科专业：机械工程研究方向：高效射流理论及应用论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二〇一八年六月八日湖南工业大学学位论文原创性声明本人

2、郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文

3、。作者签名：导师签名：日期：年月日摘要气力提升系统有着成本低廉、结构简单、环境污染少和安全可靠等优点，能够实现传统的输运系统无法应用的场合，如水文地质复杂矿区钻孔水力开采、深海采矿和较深水域河道清淤等。尤其是将气力提升系统应用于钻孔水力开采、深海采矿和河道清淤，这对减少经济发展与矿产资源供应之间的矛盾，改善河道环境都具有重要意义。目前对于不同固体颗粒介质下，气力提升机理和性能方面的研究不够完善，导致气力提升系统的应用受到限制。因此，本文以不同固体颗粒介质下的气力提升系统作为研究对象，采用理论与实验研究相结合的方式着重探讨气力提升机理和性能随运行

4、参数的变化特征。文中通过基于牛顿第二定律建立了不同固体颗粒介质下的临界提升模型，并分析了气力提升系统中固体颗粒介质的临界提升条件，之后基于能量守恒定律建立了包含固体颗粒速率和液相速率的提升效率模型。采用麦饭石陶瓷颗粒和河沙固体颗粒分别作为气力提升系统实验测试装置的提升介质，获取了气力提升性能随运行参数的变化规律，同时运用高速摄像仪分别拍摄了两种提升介质下的气液固三相流流场结构，并在此基础上，基于图像处理技术得到了气力提升管内的流动机理，结果表明：两种固体颗粒介质下，固体颗粒的提升速率和液相的提升速率均随淹没率的升高出现增加趋势，而随进气量的增加

5、均呈先增大后减少直至趋于平缓的变化规律；两种固体颗粒介质下的气力提升效率均随淹没率的升高出现增加趋势，而随进气量的增加则呈现出类似于反比关系；当进气量较低时，河沙固体颗粒的提升速率比麦饭石陶瓷颗粒的提升速率高。此外，临界提升模型和提升效率模型的计算结果与实验结果吻合良好。两种固体颗粒介质下的气液固三相流均存在四种流型，分别为颗粒涡环流、颗粒波浪流、密集型泡状流和颗粒环状流，其中密集型泡状流不仅在同一流型下，流型特征差异最小，而且在该流型下，两种固体颗粒的提升速率均达到最大；同一流型间的微小变化，将引起两种固体颗粒介质在轴向和径向上的运动速度出现

6、较大差异。本研究的主要内容较为贴近工程实际，取得的研究成果具有重要的工程应用价值。关键词：气力提升系统，气液固三相流，不同固体颗粒介质，流型IABSTRACTAir-liftingsystemhastheadvantagesoflowcost,simplestructure,littlepollution,safetyandreliability,etc.Itcanrealizethetraditionaltransportationsystemcannotbeappliedtothesituation,Suchasdrillinghydrau

7、licmininginminewithcomplexhydro-geologicalconditionofmine,deepseaminingandriverdredgingindeepwatersandsoon.Inparticular,theair-liftingsystemisusedindrillinghydraulicmining,deepseaminingandriverdredging.Moreover,ithasgreatsignificanceforreducingthecontradictionbetweeneconomic

8、developmentandmineralresourcessupply,improvingtheriverenvironment.Atpresent