注高温过热水蒸汽条件下三轴受压无烟煤单裂缝渗流特性研究

为探究矿用浆料气力泵的各项输入参数对其效率产生的影响规律,基于流体力学知识,从静压力出发,分析了提升管内固体颗粒提升机理,研究了进气量、气体表观流速对气力提升系统提升固体性能的影响规律.研究表明,扬固量受到进气量的重要影响,进气量的大小着重改变提升管内的流型.进一步探究浆料浓度与气体表观流速的变化关系,浓度变化出现了极为明显的波动特征,过高或过低的流速均降低了气力提升性能.研究成果为矿物开采、浆料输送等工程应用提供了建设性意见.     

浆料气力提升系统性能研究

为进一步研究气力提升装置各项参数对排水量、排沙量的影响规律,以河沙为实验颗粒,研究了气流量、浸入率、供沙量对装置提升性能的影响。结果表明,气流量和浸入率对提升能力有重要影响,气流量存在一个最优值和一个临界值,达到最优值后继续增加气流量提升效果变化不明显;小于临界值时水和河沙都不能被提升。浸入率较高时,排沙量在气流量较小时就可以达到最大值,高浸入率下排水量下降的趋势要比低浸入率时晚。本文研究成果对海底采矿、河道清淤、石油开采等具有一定指导意义和设计建议。     

三种典型进气方式对气力提升装置性能影响的试验研究

为研究不同进气方式对气力提升装置的影响，建立了一个类似采矿作业现场的试验场地，采用控制单一变量法，对不同进气方式、不同作业方式和不同下降深度的气力提升装置进行了排沙排固效率以及作业方式效率的相关对比。结果表明：在下降深度增加的过程中，轴向边缘进气方式和垂直中心进气方式在不同浸入率下有着不同的效率相等点，效率相等点所对应的下降深度数值也会随着浸入率的增加而增加，而在效率相等点之后，轴向边缘进气方式的气力提升装置效率会超过垂直中心进气方式的气力提升装置效率，占据优势地位。在扬水效率上，无论是何种浸入率下，垂直中心进气方式的效率一直占据效率优势地位。在作业方式中，下降方式的效率占据优势地位。进气速度的不同可改变提升管内流型，且聚泡状流型会使得效率随着沙层深度的增加而减小。     

影响气举装置临界提升气体表观速度因素的研究

为了进一步弄清在气举提升过程中影响临界提升气体表观速度的因素,进行了理论与实验分析,结果表明:随着浸入率增加,临界提升气体表观速度减小;气体喷嘴的安装个数影响临界提升气体表观速度,其它条件不变的情况下存在最佳喷嘴安装个数;喷嘴的安装角度也是影响临界提升气体表观速度的重要因素。     

管道局部弯曲对气力提升性能的影响

为揭示管道局部弯曲对气力提升性能的影响机理, 研究了不同进气量和浸入率条件下管道局部弯曲对流型、扬水量和提升效率的影响规律。实验结果表明: 局部弯曲对流型影响不大, 对扬水量和提升效率有显著影响。扬水量和提升效率都随进气量增加先增大后减小, 即存在最佳气量值与之对应; 当局部弯管位于气举头之上时, 扬水量及提升效率均大幅下降。     

进气方式对气力提升效率的影响规律研究

为阐明进气方式增强气力提升作用的机理及过程, 以气力提升装置为研究对象, 研究了气孔分布方式对排沙量及提升效率的影响规律。结果表明: 相同浸入率下, 周向均布气孔方式较带中心孔的周向均布气孔方式排沙量和效率均上扬, 且各组对应差值均随气量值增加显著上升; 提升效率随气量值升高其变化关系大致呈M形, 即出现两峰值与之对应, 其中最高峰值所处位置与排沙量峰值对应点几近吻合; 任一进气方式下其无量纲实验散点近乎服从于同一分布函数, 并与理论模型吻合较好。研究成果为更好地理解和优化气力提升参数提供了重要的参考。     

空气溶解对气力提升效率的影响

通过理论分析，建立了气体溶解方程，导出了适用于大洋采矿气力提升的气体溶解公式，它反映了气体溶解度与压力，相对含气率，气泡直径，固体颗粒比重和浓度诸因素的关系，分析表明，在洋面以下２０００ｍ深处，空气溶解度为大气压，同温度条件下的溶解度的１５～８０倍；由于空气溶解，将导致气力提升效率降低１５％～２５％左右。     

气力提升管三相流中气相状态对固相运动影响

钻孔水力开采中利用气力提升系统对地下矿浆进行提升时,气体状态(气相值的大小及其运动特性)对矿浆中矿石的运动及其提升效率将会产生重要影响。基于三相流理论和气泡动力学理论建立了提升管中固相运动速度模型,以陶瓷球形颗粒模拟矿石,利用自行设计的小型气力提升系统实验研究不同运行参数(气量值、淹没率)对颗粒提升量的影响,采用高速摄像技术获取不同气量值下管内气-液-固三相流运动图像序列,通过图像处理技术分析气相对固相运动的影响机理并与实验结果相佐证。结果表明:不同气量值下,气泡对颗粒的作用程度及作用形式并不相同;当气量值较小时,液体对颗粒运动影响较大,此时颗粒数量少、速度低且多随气-液混合相沿管壁位置提升;随气量值的增加,气泡对颗粒及液体提升作用明显,固-液混合相浓度及提升速度均趋于最大值并整体向管芯运动,相对于管壁,管芯处颗粒提升速度较大,此时管内整体呈不规则螺旋上升;持续增加进气量,气体流速过高,管内紊动加强,颗粒非连续提升且固-液混合相浓度显著降低。与淹没率相比,气量值的变化对管内固相运动的影响更为显著。实验结果与理论分析吻合较好,对钻孔水力开采工程应用具有指导意义。     

锰结核开采的气力提升参数研究

气力提升是大洋锰结核开采的主要扬矿方法之一。气力提升的工艺参数,如固,液两相的体积率,管道压力损失,注气深度,注气量,注气力,提升能力,提升浓度,提升效率和三相流型,对深海采矿气力提升系统的设计非常重要。     

大洋采矿气力提升特性的试验研究

试验表明，气力提升机特性与提升管内在三相流的流型紧密相关，只有当供气量足以使三相流的流型保持团状流，且Ｔａｙｌｏｒ泡（见正文）充分发展的条件下，才能达到最大的提升量和最高的提升效率，文中还着对气力提升的最佳工况进行了探讨，得出不同运行条件下一般规律，并建立了综合效率参数与空气表观体积率的经验关系。     

钻孔水力开采用气力提升装置模型的建立及实验研究

气力提升装置由于其效率过低而致使相关优点得不到充分发挥,限制了其应用范围。为进一步提高其对固体颗粒输送的能力,通过改进传统气举的结构,采用喷射器式气举来提高气举的气力提升性能。基于伯努利方程获得了对气力提升装置管内各相运动描述的理论模型。实验结果表明：喷射器式气举与传统气举特性曲线变化规律基本一致,理论模型与实测结果对比,其相对误差在7%以内,理论值与实测值吻合较好,且前者对提升效果的增强作用整体优于后者,尤以在较高气量值下最为显著;在 γ=0.42和Q G =8.8 m 3 /h处,前者最大排沙量为后者的2倍。     

钻孔水力开采用气力提升系统性能研究

采用与实际作业相近的槽内供砂方式并引入水射流喷嘴研究了钻孔水力开采用气力提升系统的性能变化规律。结果表明: 水射流喷嘴达到一定数量(N)即可消除槽底压持效应, 起到提高颗粒质量流量与提升效率的目的; 水射流喷嘴分布的非均匀性过高与过低均不利于增强气力提升性能; 水射流喷嘴在气举头埋入砂层后(即气举头底部至砂床表层距离H<0)可显著增加颗粒质量流量与提升效率。     

作业工况及喷射方式对气举输出的影响

基于流体力学理论,从静力学角度,进行了气举管内压力分析,研究了不同作业工况及喷射方式对气举输出的影响,分析了气举输出特性随吸口下降深度的变化规律。结果表明,气举垂直作业存在固相与液相流量变化趋势相反的平衡段,吸口底部漏斗状坑径变大、局部流体加速、紊流增多,有利于固体颗粒的提升; 对称喷射方式固相空隙率更高,提升固体颗粒性能更好,而非对称喷射方式明显增强了气举吸口附近的局部扰动,更有利于采矿作业过程中液体提升。     

水下开采提升气举机电装置的特性及应用

介绍了水下开采提升用气举机电装置的工作原理, 对自激振荡脉冲射流破碎器的性能、气举提升特性和临界水流速度进行了分析, 并介绍了气举的应用情况。滨海砂矿开采和钻孔水力采矿的实际应用表明, 脉冲射流破碎器具有很强的水下破碎和搅拌能力, 大大提高了气举的工作性能, 气举机电装置简单、高效、具有较高的综合技术经济性能。     

RIP法吸附设备级间空气提升器的效率和防堵研究

对RIP法吸附设备级间空气提升器的效率和防堵进行了研究。结果表明,空气提升器的提升速度与空气消耗量、沉没系数、提升器截面积(提升器结构)有关;提升器的效率是总提升速度、沉没系数、提升器截面积的函数。为保证吸附剂的最大提升速度,应使提升器工作于最佳状态。通过专门的结构设计或相应的工作制度,进气嘴和提升管堵塞可以得到很好解决。     

水下振荡脉冲射流气举破碎器的研究

探讨了振荡脉冲射流作为气举破碎器的可行性。理论和实验研究了在淹没条件下振荡脉冲射流破碎硬土岩层和松动矿床的动态特性。振荡脉冲射流不仅能有效地破碎水下粘土层、松动矿床砂粒,而且能产生脉冲上举力,促使砂粒快速地进入气举吸头,气举速度以及气举管中砂粒浓度明显增大。     

气升式环流反应器内气泡分布的数值模拟

气升式环流反应器广泛应用于湿法冶金工业,如金矿的氰化浸出、铀矿浸出、铜矿浸出以及难处理矿物的生物预氧化等。该类反应器几何结构虽然简单,但合理的设计仍是设备高效运行的保证。为了预测气升式环流反应器的工作效果,使用欧拉双流体模型模拟反应器内包含气泡的气液两相流,并通过不同的相间力模型及自定义湍流子模型描述槽内气泡复杂运动。分析了气泡诱导湍流、升力、湍流分散力等模型在模拟气泡分布时的作用,并将模拟结果与Sokolichin等的试验结果进行比较。结果表明,提出的模拟方法在气升式环流反应器模拟中能够得到准确的流场和气泡分布结果。     

Study on improving performance of airlift device by self-excited oscillation pulsed jet used in mining under water

The feasibility of the nozzle of self-excited oscillation pulsed jet (SEOPJ) as the breaker and loosing device for the air-lift pump was researched. The dynamic characteristics of the SEOPJ to crush the hard clay and loose the layer of ore deposit were explored experimentally under the submerged condition. The results show that the SEOPJ not only effectively breaks the hard clay or loose the particles of sand on the placer bed, but also produces fluctuating uplift force acting on particles of sand. The oscillating cross flow caused by the SEOPJ makes particles of sand move to the end of the suction pipe easily. Energy efficency of the airlift and concentration of the solids for the solid-liquid mixture sucked by the air-lift pump are increased obviously with the breaker of SEOPJ. Supported by the National Natural Science Foundation (50504021); the Key Science and Technology Project of National Education Ministry (206122); the Science, and Technology Project of Chongqing Education Committee (KJ070419)