深海氣舉裝置的流型分析

深海氣舉裝置的流型分析

0對(duì)錳核的影響氣象儀作為一種特殊的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在深海的錳結(jié)核的提升中更顯示出它的優(yōu)越性。本文所講的這套氣舉裝置是用于某企業(yè)的鐵渣提升,與其傳統(tǒng)抓斗提升相比,省時(shí)省費(fèi)。1空氣輸送系統(tǒng)氣舉的裝置如圖1所示。通過(guò)提升移動(dòng)機(jī)構(gòu)以一定速度將氣舉裝置沉入到水底或提升出水面,并可實(shí)現(xiàn)氣舉裝置的平面運(yùn)動(dòng)。一方面通過(guò)空壓機(jī)經(jīng)儲(chǔ)氣罐將壓縮空氣由輸送管道輸送到噴射器,高速氣體一方面與輸送管中的液體、固體混合物發(fā)生強(qiáng)烈的動(dòng)量交換,在空氣噴射器的下端(氣舉吸頭)形成局部真空;另一方面則在管內(nèi)生成了比液體密度輕的氣-水-砂混合物,這樣就將水底的疏松的鐵渣源源不斷地抽取出來(lái)。2兩相流流型的流型根據(jù)GoLan的研究成果及根據(jù)實(shí)驗(yàn),在注氣量較小時(shí),流量qm和效率η隨注氣量qv的增加而增加,當(dāng)達(dá)到最大值qm(max)或ηmax時(shí),流量qm和效率η隨注氣量qv的增加而減小,如圖2所示。提升流量qv和提升效率η的變化規(guī)律分析原因如下:由于目前對(duì)于三相流的研究及有關(guān)文獻(xiàn)介紹都很少,而兩相流的研究則比較成熟。在三相流中氣相的速度不高,不可能輸送固體顆粒,固體顆粒是懸浮于液相中,并隨之流動(dòng)。所以,三相流的流型可近似按氣-液兩相流的流型分析。氣-液兩相流在不同條件下有不同的流型,諸如氣泡流、團(tuán)狀流、泡沫流、霧狀流等,只有一種流型即團(tuán)狀流能滿(mǎn)足提升固體、液體的能力。(1)當(dāng)注氣量qv<qa,其流型為氣泡流,形成不了兩相流,故qm=0,η=0;注氣以氣泡形式自液面排出。(2)當(dāng)注氣量qv>qb,其流型為泡沫流,形成不了兩相流,故qm=0,η=0;注氣表現(xiàn)為以氣流形式自液面排出。(3)當(dāng)注氣量qa<qv<qb時(shí),其流型為團(tuán)狀流,當(dāng)注氣量qv由qa開(kāi)始逐漸增大時(shí),由于注氣量qv較小,形成的Taylor泡(在團(tuán)狀流的條件下,大氣泡由帽形泡發(fā)展為子彈形的氣泡,這種氣泡一般稱(chēng)為T(mén)aylor泡)也小,故qm,η也較小;當(dāng)注氣量qv繼續(xù)增加時(shí),Taylor泡長(zhǎng)度迅速增加,因而qm,η也增加;當(dāng)Taylor泡長(zhǎng)度增大到極限值時(shí),qm也增大到極限值;當(dāng)繼續(xù)增加注氣量qv時(shí)流型開(kāi)始由團(tuán)壯流轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?故qm也開(kāi)始減小。(4)根據(jù)文獻(xiàn)介紹和作者所做的實(shí)驗(yàn)來(lái)看,對(duì)應(yīng)qm(max)和ηmax的最佳注氣量并不相等,且qvc1<qvc2。分析原因,在三相流條件時(shí),固體顆粒是夾雜在液相中并隨液相一起流動(dòng),當(dāng)注氣量qv>qvc1時(shí)液相流量增大,即液相速度增大,從而造成固液兩相間的相對(duì)速度加大,輸送固相的液阻也隨之增大,從而使固相的提升量減少,也就出現(xiàn)了qm(max)與ηmax的不重合,且qvc1<qvc2。3嵌入率對(duì)空氣力學(xué)性能的影響沉入率n=Ha/(L+Hs),式中Ha為液面到進(jìn)氣口的高度,m;L為進(jìn)氣口到提升管出口處的高度,m;Hs為水底到出氣口的高度,m。固體顆粒質(zhì)量流量與供氣量關(guān)系如圖3所示。由圖3可以看出,沉入率n=0.54的最大提升量為0.28kg/s,而沉入率n=0.47的最大提升量為0.2kg/s;沉入率n=0.54時(shí)能達(dá)到提升固體顆粒的所需最小供氣量,小于沉入率n=0.47時(shí)的值;沉入率n=0.54時(shí)在相同供氣量的情況下,固體顆粒質(zhì)量流量,大于沉入率n=0.47時(shí)的值;由此可見(jiàn)沉入率對(duì)氣力提升特征影響顯著。沉入率愈小,即吸氣口位置超高,提升固相和液相的“吸程”La愈大,故在同一供氣量條件下,較之沉入率愈大者其提升量為小,也正由于其“吸程”大,故在同一供氣量條件下,較之沉入率大者提升固相和液相所做的功大,效率也高,如圖4所示。4總效率和精密度提升固體顆粒的效率:η2=E2E1=Q2[γ固?γ液)(Ha+Hs)+γ固(L?Ha)]PaQa(s2)ln[PS2/Pa]η2=E2E1=Q2[γ固-γ液)(Ηa+Ηs)+γ固(L-Ηa)]ΡaQa(s2)ln[ΡS2/Ρa]總效率:η=E1+E2E=γQ1(L?Ha)+Q2[(γ固?γ液)(Ha+Hs)+γ固(L?Ha)]PaQa(s2)ln[Ps2/Pa]η=E1+E2E=γQ1(L-Ηa)+Q2[(γ固-γ液)(Ηa+Ηs)+γ固(L-Ηa)]ΡaQa(s2)ln[Ρs2/Ρa]式中E為輸入能量,J;Pa為大氣壓力,Pa;Qa(s2)為進(jìn)氣口處氣體的流量,m3/s;Ps2為出氣口處壓力,Pa;E1為揚(yáng)水的能量,J;γ為液體的重度,N/m3;Q1為液體流量,m3/s;E2為提升固體顆粒的有效能量,J;Q2為固體顆粒的流量,m2/s;ρ固為固體的密度,kg/m3;ρ液為液體的密度,kg/m3;其余參數(shù)同前。5固體顆粒的固流能力和流型的特征2.(1)氣舉裝置適宜于淺水層的固體物的運(yùn)輸,具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)。(2)三相流的