液体温度对空气-水气力提升系统性能影响数值模拟研究

发布时间：2021-11-14 22:21

　　为探究液体温度对气力提升系统提升性能的影响,基于Eulerian多相流模型和k-ω SST湍流模型,数值模拟研究了液体温度分别为20℃、60℃、90℃时空气-水气力提升系统的提升性能变化,并将数值模拟结果与实验数据对比,两者吻合较好。结果表明:同一充气量下液体提升流量随温度的升高而增大,提升流量随时间变化最终趋于周期性波动;在低充气量下温度对空泡份额影响较小,随着充气量的增大,温度越高,空泡份额越大;当充气量在2.5m3/h附近时,气力提升系统的提升效率到达峰值,且温度越高,峰值越大。 

【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD

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【部分图文】：

提升流量随时间变化Fig.5Changesofliftingflowratewithtime(c)T=90℃

第4期左娟莉，等：液体温度对空气-水气力提升系统性能影响数值模拟研究1775升管内含气量越来越高，提升液体体积流量增加减缓甚至降低，提升效率也随之逐渐降低。同一充气量下，90℃的提升效率最高，20℃的提升效率最低，说明液体温度越高，气力提升系统的提升效率越高。图8气力提升系统内提升管流型随时间变化图Fig.8Flowpatternofliftingpipeinairliftpumpchangingwithtime2.6s3.6s4.6s5.6s6.6s7.6s8.6s9.6s图9出口处流型放大图Fig.9Flowpatternenlargementatexit

1772应用力学学报第37卷相相互作用导致的湍动能增量；,m为气、液相相互作用导致的源项；kS、S均为湍动能源项；k为湍动能；为耗散率。液体提升效率采用Nicklin公式[10]计算，即LaGinaln/gQLhPQPP(6)式中：L为提升管管长；h为提升管浸没水中的长度；LQ为提升液体的体积流量；GQ为充入空气的体积流量；Pin为进气口压强；aP为大气压强。曳力FD是指离散相在连续相中发生相对移动而产生的阻力，与提升管内流型和流动速度有关[29]。曳力的表达式为DlfDglg8iCAReFvvd(7)式中vdRe，ggfg6(1)iAd(8)其中：CD为曳力系数；μl为液相分子黏性；Aif为相界面密度；dg为气泡直径；αg为空泡份额；Re为雷诺数；为液相运动黏性系数；d为管道直径。守恒方程及湍流方程采用有限体积法，湍流强度及湍流耗散采用一阶迎风格式，动量及体积份额采用QUICK离散格式，梯度采用LeastSquaresCellBased离散格式。3计算模型3.1模型介绍气力提升系统(见图1)采用一个部分浸没在液体中的竖直管道来提升液体或混合液体。压缩气体通过喷嘴充入竖直管道底部，由于空气密度远低于流体密度，气体向上运动，因而提升管内形成紊动的气液两相流，使得管内混合物密度小于蓄水池内液体密度，管内外密度差推动混合流体向上流动。依据简化的气力提升系统实验模型，数值模拟计算模型设置为简单的二维轴对称结构，图2给出二维轴对称建模图及局部网格划分示意图，提升管长为2m，管径为30mm，充气管嘴直径为

【参考文献】：
期刊论文
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[2]深海采矿提升泵的数值模拟分析[J]. 邹伟生,卢勇,李哲奂.  湖南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[3]进气方式增强气力提升作用的研究[J]. 胡东,唐川林,张凤华,杨林.  水动力学研究与进展A辑. 2012(04)



本文编号：3495458