气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,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的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.

液体温度对空气-水气力提升系统性能影响数值模拟研究

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2.5m^3/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。

浅谈气力提升系统的设计

阐述了气力提升系统的组成、原理、选择原则和设计过程。并对气力提升系统与传统提升装置进行了分析、比较,指出气力提升系统具有设备性能稳定、耗能小等优点,有着很好的应用前景,值得推广。

不同液体介质下小型气力提升泵水力特性分析

污水处理、深井采油、核能领域采用气力提升技术具有显著优势。为深入研究液体介质密度对气力提升泵性能的影响规律,本文基于Fluent软件采用欧拉模型、标准k-ε湍流模型数值模拟空气-水、空气-水银、空气-煤油三种小型气力提升泵内气液两相流动及其水力特性,并将空气-水气力提升泵的计算结果与其实验数据进行对比验证。研究结果表明:①提升管内总压降随充气量的增加而单调递减;相同气流量下,液体介质密度越大,提升管进出口压降越大;②气力提升泵提升液体流量随着气体注入流量的增大先快速增多,后增加缓慢;相同气流量下,液体介质密度越大,其提升液体流量越大;③随着气流量的增加,提升效率先增加后降低;相同气流量下,液体介质密度越大,其提升效率越大。本文研究成果将为污水处理、深井采油、核能领域的气力提升技术的应用提供坚实理论基础。

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。

深海采矿提升系统研究综述

将粗颗粒矿物从数千米的海底提升到水面是深海采矿需要解决的一个关键技术难题。以深海矿产的商业开采为背景,从技术原理的角度对当前几种典型的深海采矿提升系统进行研究,根据深海矿物商业开采的高产能高效率要求,从提升系统的工作机理、结构方案、输送能力、系统效率及实施可行性等方面进行剖析,结果表明,机械式提升系统能量利用率高,但存在作业过程中缆绳可能发生缠绕,实现商业开采产能尚有难度;气力提升系统结构简单,但系统效率低且需采用大直径的提升管道,会增加管道布放回收及整个采矿系统运行的成本和难度;综合对比各方面,对于高扬程大产能的深海矿物提升而言,离心泵水力管道提升是一种综合性较优的提升方案。