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。     

钻孔水力采矿中气举模型的建立

为得到在钻孔水力开采关键设备中气举（气力提升装置）设计所需要的压降参数，建立了气举提升管内的气－液－固三相流压降数学模型。该模型基于压力能量消耗最小原理，得出了在环状流态时具有相对稳定的流动状态。针对在此流动状态下，通过对修正后的气－液和气－固两相流压降数学模型的叠加，得到了适合于对小颗粒、均匀粒径矿砂开采时，工作状态下的气举内气－液－固三相流压降数学模型。模型求解与实验结果表明，该模型计算结果与实验数据比较吻合。     

进气方式对气举装置提升性能的影响

研究了进气方式对气举提升性能的影响,主要通过改变气流喷嘴个数、喷射角度以及接气管布置方式来测试提升管出口端排液量、排沙量、颗粒浓度和提升效率.实验结果表明进气方式的变化对气举提升性能有显著影响,在气量一定情况下,合理的进气方式可以达到最佳提升效果.     

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。     

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。     

气举工作特性的实验与应用

研究了进气方式对气举提升性能的影响,通过改变气流喷嘴个数、喷射角度以及接气管布置方式来测试提升管出口端排液量、排沙量、沙颗粒浓度和提升效率.实验结果表明,进气方式的变化对气举提升性能有显著影响.当气量较低时,采用非对称布置喷嘴时其提升性能最好;当气流较高时,则需要采用对流体扰动较弱的进气方式以减小阻力损失,避免提升效率过低.实验还发现,气举的排液量、排沙量和举升效率都随着进气量的增加先增大后减小,即存在一个最佳气量值与之对应,但反应气举最佳工作特性的参数值几乎不能重合,因此要完全满足气举最优工况是很难实现的.另外,基于动量方程和能量方程建立了气举提升效率模型.     

U形弯管内大颗粒固液两相流的输送特性研究

应用计算流体力学及离散元耦合计算方法,对U形弯管中大颗粒固液两相流的输送特性进行了研究。采用Fluent与EDEM耦合计算,对不同输送工况下U形管中的大颗粒输送进行了仿真分析,得到了颗粒及流场在U形弯管中的分布、运动特性,同时结合试验进行了验证分析。结果表明,颗粒进入U形管后由于惯性作用主要沿着管道壁面运动。低速输送工况下,颗粒容易堆积在U形管与提升管的过渡位置,随着输送速度提高,颗粒在U形管中的浓度降低。由于与管道壁面的碰撞、摩擦,颗粒开始沿着壁面滚动运动。弯管内的二次流也会对颗粒的运动和分布产生一定影响。     

CO2固体水合物对弯管冲蚀的数值模拟

在CO2管道输送过程中,弯管的频繁使用对直管更易产生冲蚀破坏.CO2固体水合物是造成CO2弯管冲蚀破坏的一个重要影响因素,故对于弯管的冲蚀研究非常重要.利用FLUENT软件建立超临界CO2弯管模型,并模拟分析CO2固体水合物在不同入口流速、不同弯管曲率半径和不同弯管弯曲角度下对弯管的冲蚀破坏程度的影响.结果 表明:当入口流速为2.5～3.0 m/s时,弯管处最大冲蚀速率处于较低区间;当弯管的曲率半径R≥2.0 DN时,弯管处的最大冲蚀速率处于低值;当弯管弯曲角度≥110°时,弯管最大冲蚀速率较低.研究结果可为我国CO2管道输送以及超临界CO2管道冲蚀研究提供理论基础.     

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.     

粉煤灰充填材料管道输送弯管局部阻力数值模拟

采用Fluent(3D)从充填材料浓度、细矸石率、流速、管道内径及弯管曲率半径等5个方面对粉煤灰充填材料弯管局部阻力进行了数值模拟。结果表明:弯管局部阻力随充填材料浓度、细矸石率及流速的增加呈多项式规律增加,随管道内径和弯管曲率半径的增加呈多项式规律减小。不同因素对局部阻力影响程度的主次排序为:浓度管道内径细矸石率流速弯管曲率半径。研究结果为实际工程中的粉煤灰充填材料的配比及管道输送参数优化提供了参考。     

分体式柱塞气举可视化实验研究

分体式柱塞又称双元件柱塞,由明显小于油管内径的圆球与下端带锥面的空心圆筒组成的新型柱塞。它除能适应高气液比且液相滑脱损失严重的油气井条件之外,还具有不关井连续生产的优点。这种非常规的柱塞气举方式已经在美国德克萨斯州成功应用,增产效果明显。根据分体式柱塞连续气举的采油原理,新建立了一套高18m,40mm的分体式柱塞气举可视化装置。实验研究旨在:一是优化设计上行球筒触发组件和下行缓冲组件等主要配套部分;二是系统地开展分体式柱塞连续气举的物理模拟实验,测试该实验装置的气举特性。该研究成果对于研发配套装置、观测认识柱塞气举气液固三相流动规律和指导现场试验均具有重要的指导意义。     

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。     

基于CFD-DEM耦合方法的矸石-粉煤灰充填料浆在竖直弯管中的磨损研究

为研究矸石-粉煤灰高浓度充填料浆在竖直弯管内固液两相流的流动状态及磨损特性，基于EDEM的CFD-DEM耦合方法，以水泥和水混合而成的料浆作为连续相，以矸石和粉煤灰作为离散相，通过引入Archard和Oka磨损模型，计算分析充填管道的磨损性能。研究表明：采用耦合方法能更精确地反映料浆的流态和轨迹，能更准确地反映颗粒与流体的相互作用；充填管道磨损的高危区主要分布在弯管区域；弯管的磨损率随着料浆的流速增加而提高；矸石颗粒粒径以及弯管曲率半径对磨损率的影响与矸石颗粒的受力状态有关。     

大洋采矿气力提升特性的试验研究

试验表明，气力提升特性与提升管内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。文中还着重对气力提升的最佳工况进行了探讨。得出不同运行条件下的一般规律。并建立了综合效率参数与空气表现体积率的经验关系。     

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。     

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。     

浓密膏体局部管件阻力损失实验研究

 高浓度粘稠物料通过管道输送时会形成“浓密膏体”,属于现代管道输送技术新领域。为研究膏体在局部管道内的阻力损失,本文基于φ200mm循环管道输送试验系统,测量不同浓度的煤泥在不同流速下弯管以及垂直管压力损失与直管压降的变化规律,通过对实验数据进行分析,最终得到90°弯管每米压降是水平直管每米压降的1.27～1.74倍,垂直管每米压降是水平直管每米压降的1.10～1.90倍,对工业现场膏体煤泥管道输送摩阻损失的计算具有一定的参考价值。     

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。     

充填料浆不同倾角弯管输送特性分析

为研究煤矸石充填料浆在不同倾角弯管内自流输送的特性,以某实际充填管路为背景进行建模,使用FLUENT软件模拟料浆在管道内的输送过程,分析不同入口流速条件下不同质量浓度料浆在不同倾角弯管内流动时的速度、压力特性及阻力损失。结果表明:各弯管出口截面处流速梯度随入口流速增大而扩大,入口速度大于1.4 m/s时,梯度差大幅度增加;当料浆质量浓度大于78%时,沿程管道阻力损失与弯管段局部阻力损失增长速率加快;弯管段局部阻力损失随弯管的倾角变小而增加,建议料浆管道输送时弯管段倾角大于60°。     

循环湍动流化床局部颗粒浓度的实验研究

在循环湍动流化床实验台上对FCC颗粒进行了流态化实验,采用PV6A反射型光纤探针对内径φ100 mm的提升管内颗粒浓度和波动标准偏差进行测试和研究。结果表明:同一轴向高度表观气速对颗粒浓度的影响较小;局部颗粒浓度的标准偏差结果显示,颗粒浓度波动程度较小,边壁区标准偏差值最小。