气力提升泵内气液两相流数值模拟研究

发布时间：2023-05-20 09:52

　　气力提升泵是通过向竖直提升管内注入压缩气体,管内外产生的压差来提升液体的流体机械装置。与传统机械泵相比,其结构简单、无机械传动部件、无系统磨损;提升技术易实现、耗能低、驱动能源来源广泛;可在高温、高压、真空、放射性、腐蚀性的环境中使用,也可在不规则形状的通道中使用。由于气力提升泵维护成本较低,可靠性较高,在污水处理,抽吸海水,港口疏浚,油田采油,液态金属冷却反应堆和液态金属磁流体转换器等众多领域应用前景广阔,故研究气力提升泵具有重要的科学价值与工程意义。本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、SST k-ω湍流模型分别研究了不同液体温度、介质密度、进气方式下气力提升泵内气液两相流动。分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度等变量的演变规律,本文主要研究结果如下:(1)数值模拟了不同液体温度(20℃、60℃、90℃)下空气-水气力提升泵气液两相流动水力特性,研究结果表明: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;低充气量下温度对提升立管内气相体积分数影响较小,随着充气量增大,温度越高,气相体积分数...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 气力提升泵研究进展
        1.2.1 气力提升泵实验研究进展
        1.2.2 气力提升泵数值模拟研究进展
        1.2.3 气力提升泵应用研究进展
    1.3 气力提升泵内气液两相流简介
        1.3.1 气力提升管内流型
        1.3.2 气液两相流主要参数
    1.4 气力提升泵主要参数
    1.5 研究内容及技术路线
2 气力提升泵数值模拟方法
    2.1 Fluent简介
    2.2 多相流模型
        2.2.1 多相流模型简介
        2.2.2 欧拉模型控制方程
    2.3 湍流模型
        2.3.1 湍流模型简介
        2.3.2 标准k–ε模型
        2.3.3 SSTk–ω模型
    2.4 离散方程
    2.5 气力提升泵数值计算模型构建及率定
        2.5.1 Oueslati实验介绍
        2.5.2 计算模型介绍
            2.5.3 模型率定
            2.5.4 数值模拟方法及边界条件设置
    2.6 本章小结
3 液体温度对气力提升泵水力特性影响
    3.1 计算工况介绍
    3.2 不同液体温度对液体提升流量影响
    3.3 不同液体温度对气相体积分数影响
    3.4 不同液体温度对提升效率的影响
    3.5 本章小结
4 介质密度对气力提升泵水力特性影响
    4.1 计算工况介绍
    4.2 提升立管内气相体积分数随气流量变化趋势
    4.3 液体提升过程随时间演变规律
    4.4 液体提升体积流量随气流量变化趋势
    4.5 液体提升速度沿管道径向变化趋势
    4.6 提升效率随气流量变化趋势
    4.7 本章小结
5 进气方式对气力提升泵水力特性影响
    5.1 计算工况介绍
    5.2 气流线性开启
    5.3 气流线性关闭
    5.4 气流阶梯式分段
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3820903