气力提升系统性能分析及流场结构研究

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1、分类号密级气力提升系统性能分析及流场结构研究研究生姓名：杨萍指导教师姓名、职称：唐川林教授学科专业：机械设计及理论研究方向：高效射流理论及应用二〇一五年十月十五日分类号级．密气力提升系统性能分析及流场结构研究ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｉｒｌｉｆｔＰｕｍｐＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄＩｔｓＦｌｏｗＦｉｅｌｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅ研究生姓名：杨萍指导教师姓名、职称；唐川林教授学科专业：机械设计及理论研巧方向；高效射流理论及应用论文答辩日期答辩委员会主二〇—五年十二月十九曰湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，

2、是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己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，均己在文中明确方式标明。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；＼〇１＾￥年１：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校有权保留学位论义，允许学位论文被查阅和借阅；学校可公布学位论文的全部或部分内容，可ｙＪｌ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口规定送交学位论文。１导师签名：

3、期！ｆ作＃签列術；如；年之月＾００啼？摘要气力提升系统无运动部件，结构非常简单，非常适合矿浆提升、河道清淤、石油和化工液体输送等工程领域。但气力提升系统提升过程中气液固三相相互作用机理复杂，提升管内气液固三相的运动特性也很难完全把握，这大大限制了气力提升系统的性能提升，为此，本文围绕气力提升系统提升性能以及管内三相流流场结构进行了深入的研究，主要内容如下：（1）建立了气力提升系统的理论模型。通过动量定理和多相流理论建立了气力提升系统的三相流速度模型，在此基础上，根据牛顿第二定律分析了气力提升装置的临界提升条件，然后基于能量守恒定律建立气力提升效率模型。最后通过实验数据验证了气力提升速

4、度模型、临界提升条件以及效率模型的正确性。为气力提升系统性能分析提供了基础。（2）获取了气力提升系统的提升性能。为了获取气力提升系统的最优提升性能，研究不同固体颗粒粒径、浸入率、颗粒浓度、进气量下，扬水量、扬固量的变化规律。实验和理论分析结果均表明：临界提升的气流速度随颗粒尺寸增大而增大，随浸入率升高而减小；扬固量随浸入率和颗粒浓度升高而增高，随粒径增大而下降；提升效率随浸入率升高而增高，随粒径增大和颗粒浓度增而下降；此外，存在着最佳进气量使得扬固量与提升效率处于峰值。（3）揭示了提升管内的流场结构。通过高速摄像仪采集了提升过程气液固的流动图片，获取了气固的运动规律，但液相由于其连续性特征

5、，无法从图片上获取，为此通过激光多普勒测速仪测量了提升管横截面液相的速度场分布规律。研究结果表明：气力提升管内的流型呈现周期性的交替变换，其变换规律为：搅拌流-密集型泡状流-稀疏型泡状流-搅拌流。其中搅拌流相对密集型泡状流和稀疏型泡状流更有利于固体颗粒的提升；提升管内气泡作“之”字形上升，该运动其实是一种不规则的螺旋上升运动，固体有上升和下降两种运动，但其总体趋势是往复式上升运动；提升管横截面液相速度分布趋于圆台形，管壁附近速度梯度很大，而中心区速度分布平缓，且轴心处的速度最高。关键词：气力提升；效率模型；速度模型；性能分析；流场结构IABSTRACTAirliftpumphasnomov

6、ingpartsanditsstructureisverysimple.So,itisverysuitableformanyengineeringfields,suchaspulpupgrade,dredging,oilandchemicalliquiddelivery.But,intheprocessofpneumaticlifting,gas-liquid-solidthreephase’sinteractionmechanismiscomplex.So,tofullygraspthethreephasemotioncharacteristicsseemstobeimpossible,

7、whichgreatlylimitedtheperformanceimprovement.Basedonthese,thispaperconductedin-depthresearchontheliftingsystem’sperformanceanditsthree-phaseflowfieldstructure.Themaincontentsareasfollows:(1)Atheoreticalmodelofpne