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三相流管道输送加气减阻与助送技术研究

汤勃  
【摘要】: 在绞吸式挖泥船疏浚作业中,泥浆是由泥沙和水组成的固-液两相流得以输送的,往往因排泥距离不长而使许多工程无法承担。为延长排距,传统的方法是采用中间接力泵站,但其投资费用大,而且调整不方便。这样,如何更有效地提高泥浆输送效率、减少能耗是人们一直关注的问题。本文研究的目的是在一定的浆体流速和浆体浓度下向输送管道中加入一定量的气体,在管道中形成三相流,进而探讨加气后管道流动的变化规律,同时确定出比较有效的加气方案,从而实现减少阻力延长排距的目的。 本文在流体力学中流动体系的相似理论基础上,推导了流场的相似准数,分析了各相似准数在模型中的作用,得出了原型(试验台)的流动状态与实船的相似关系,并据此为理论依据在原型(试验台)上进行试验研究。在获取数据的途径上,开发了一套用于试验数据检测的软件。该检测系统是由主机(PC机)、分机(以单片机为核心)和相应软件组成的小型检测系统。 为了弄清三相流管道输送的基本规律,进行模型试验研究是必须的。为探讨加入的气体对管道压力的影响,本文基于分相流和均相流两种模型分别推导了三相流管道的压降公式,表明无论是分相流模型,还是均匀流模型,管道内流体总的压降是由三项组成的,即摩擦项、加速项和重力项,并得出了加气对管压变化不大的结论,所以认为在水平管道中,要获得有效的减阻,则要使摩擦阻力分量的减小效应大于浆体加气的加速效应。在试验中还探讨了不同加气方案,并对几种加气方案进行了比较,从中筛选出了旋转射流加气方案,并设计了旋转射流加气装置,利用该装置进行了大量不同参数下的对比试验,得出了合理的加气参数。而且,本文探讨了加气减阻和延长排距的机理,提出了加气延长排距百分数公式。 在试验台研究成果的基础上还在400m~3/h绞吸式挖泥船上进行了实船试验。为了摸清不同浓度及加气对试验效果的影响,进行了清水不加气、清水加气、挖泥不加气以及挖泥加气在不同管长条件下的试验。试验结果证实三相流管道输送较液固两相流输送排距有较大的延长,研究到达了预期目标。


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