气举系统多相流型演变与提升效率的数值模拟及实验研究

本文通过数值模拟（采用Euler-Lagrange多相流模型和SST k-ω湍流模型）与实验验证（高速摄像技术结合压力传感），系统研究气举系统进气量对气液两相流型（泡状流-段塞流-搅动流-环状流）转变规律、颗粒提升效率及不同颗粒类型的影响机制。研究发现搅动流（0.15 kg/s进气量）具有最佳提升效率与最小单位压降，颗粒形状显著影响流型而粒径（5-10mm范围）影响有限，为疏浚工程气举系统优化提供重要参数依据。

　　

Highlight

本研究通过建立流体仿真模型，揭示了气举系统进气量与颗粒类型对系统参数的影响机制，主要发现如下：

Effect of air intake on flow pattern

随着进气量增加，流型依次经历泡状流(bubble flow)、段塞流(slug flow)、搅动流(churn flow)和环状流(annular flow)的转变。当进气量达0.15 kg/s时，搅动流展现出最高的颗粒提升效率和最低的单位压降。数值模拟显示，颗粒形状对流型分布具有显著影响，而颗粒尺寸在5-10mm范围内的影响相对有限。

Experimental equipment

基于气举原理搭建的实验系统，采用高速摄像技术结合传感仪器测量手段，重点研究注气量与浸没比对气液两相流动特性的影响。通过高速摄像获取的图像数据分析气液流型结构特征，并探究不同操作参数下的压力波动规律。

Conclusion

气举技术在疏浚领域具有良好应用前景。研究发现：（1）进气量增加驱动流型从泡状流向环状流逐步转变；（2）搅动流工况（0.15 kg/s）表现出最优提升性能；（3）颗粒形状是影响流型的关键因素；（4）实验验证了压力峰值出现在低气流量（≤1.4 m³/h）的段塞流阶段，而提升水量峰值对应环状流工况（57 m³/h浸没比0.5和75 m³/h浸没比0.7）。这些发现为平衡流型与操作参数的气举系统优化提供了科学依据。