气力提升系统性能分析及流场结构研究

发布时间：2017-10-19 22:27

  本文关键词：气力提升系统性能分析及流场结构研究

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【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,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
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH138
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 气力提升系统介绍10-11
• 1.2.1 气力提升系统工作原理10
• 1.2.2 气力提升系统性能分析与流场结构研究难点10-11
• 1.3 气力提升技术研究综述11-15
• 1.3.1 气力提升系统建模研究综述11-13
• 1.3.2 气力提升系统提升性能研究综述13-14
• 1.3.3 气力提升系统流场结构研究综述14-15
• 1.4 论文针对的问题与研究内容15-17
• 1.4.1 论文针对的问题15-16
• 1.4.2 论文的研究内容16-17
• 第二章 气力提升系统建模与仿真分析17-31
• 2.1 气力提升系统理论建模17-28
• 2.1.1 气力提升管内各相速度模型18-22
• 2.1.2 气力提升临界提升条件分析22-25
• 2.1.3 气力提升临界提升效率分析25-28
• 2.2 气力提升系统仿真分析28-30
• 2.2.1 气力提升各相速度分析28-29
• 2.2.2 气力提升效率分析29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 气力提升系统理论模型实验验证与性能分析31-51
• 3.1 实验装置31-37
• 3.2 实验过程及方法37
• 3.3 气力提升系统理论模型的验证37-41
• 3.3.1 速度模型验证37-38
• 3.3.2 临界提升条件验证38-40
• 3.3.3 提升效率模型验证40-41
• 3.4 气力提升系统性能分析41-50
• 3.4.1 粒径对提升性能的影响41-44
• 3.4.2 浸入率对提升性能的影响44-47
• 3.4.3 颗粒浓度对提升性能的影响47-50
• 3.5 小结50-51
• 第四章 气力提升系统流场结构特性研究51-61
• 4.1 实验数据采集系统51-54
• 4.1.1 图像采集系统51-52
• 4.1.2 激光多普勒测速仪测量系统52-54
• 4.2 气力提升系统离散相运动分析54-58
• 4.2.1 三相流流动状态分析54-56
• 4.2.2 提升系统气泡与固体颗粒运动规律分析56-58
• 4.3 气力提升系统连续相速度场的测量58-60
• 4.3.1 中心线上各点轴向流速59
• 4.3.2 流动截面上流场速度分布59-60
• 4.4 小结60-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 全文总结61-62
• 5.2 全文展望62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间主要研究成果及参与科研项目67-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：1063710