针对稀相输送系统中颗粒流出弯管后在竖直管内的部分流动特性展开研究,在自主搭建的实验台上进行多次重复实验,并采集了不同管段的颗粒流动图像,结合数值模拟仿真的方法,开发了一种环切法作为扩散均匀高度的评价指标,认为在h=5D处颗粒流已经扩散至均匀,给出了截面压力及粒速变化曲线;讨论了改变气速、弯径比、颗粒直径、颗粒长度对扩散均匀高度产生的影响,结果表明气速与扩散均匀高度基本呈线性负相关关系,而在弯径比较小、颗粒直径较大、颗粒长度较小的情况下扩散均匀高度较低且基本未受影响,进一步增大弯径比则扩散均匀高度呈线性递增,而进一步降低颗粒直径或增大颗粒长度将使扩散均匀高度呈指数性骤升。

Y型供料器作为气力输送系统的重要装置,供料器内流场的变化将会影响整个输送系统的效率。为研究颗粒粒径对Y型供料器内流场的影响,采用计算流体力学(CFD)中的离散相模型(DPM)模拟Y型供料器中颗粒的运动情况,找出颗粒粒径对Y型供料器内流场影响规律。结果表明颗粒粒径为2~50μm范围内时,随着颗粒粒径的增加,Y型供料器内压降逐渐降低,且降低趋势越来越平缓,颗粒出口速度也逐渐降低。

盲三通与常规的弯管相比,可有效提升抗冲蚀性能,适用于气力输送设备。文中使用Fluent软件对垂直-水平管道之间的盲三通进行了冲蚀仿真模拟,分析了盲三通内冲蚀严重的位置,以及砂粒粒径和带堵头段长度与管内径比例(L/D)对最大冲蚀速率的影响。仿真结果表明,盲三通堵头处和上部拐角处冲蚀情况较为严重。在砂粒质量流量相同的条件下,随着砂粒粒径从0.6 mm降至0.2 mm,盲三通堵头和上部拐角处最大冲蚀速率明显升高,增长幅值约为100%。随着L/D从1增大到3,堵头处最大冲蚀速率明显降低,幅值约40%。上部拐角处先降低、后上升但变化不明显,在L/D=2时最小,变化幅值约17%。仿真结果可对盲三通的结构设计与寿命预估提供一定的参考。

介绍一种气固两相流固质量流量测量新技术，它利用传热学的原理，通过两点气体的流速测量，湿度测量和信息融合处理，可以实现固相质量流量的测量。

研究从全息重建颗粒图像中进行颗粒识别和定位的方法.利用小波函数重建颗粒全息图,采用灰度阈值自动判定方法对所重建的三维颗粒场图像进行颗粒图像与背景的分离和颗粒判定.根据重建颗粒图像灰度的空间分布特点,采用灰度和颗粒面积双判据方法实现颗粒空间位置,特别是流场深度方向的准确定位.对已知记录距离的理想模拟颗粒群全息图进行重建测试,同时在共轴全息试验台上对已知记录距离的颗粒试验片进行颗粒识别和定位算法的测试和验证.结果表明,所提出的灰度阈值自动判定方法准确、有效,最大灰度和颗粒面积双判据方法能够更加准确地进行颗粒空间定位.

三维粒子动态分析仪（３－ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰａｒｔｉｃｌｅＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｚｅｒ）是利用激光多普勒频移原理，来测量两相流动中球形粒子的速度、粒径、浓度等参数，从而进一步得到三维湍流流动中粒子动态特性的一种激光测速设备。在其采集过程中自动建立的数据文件是以二进制形式存贮的，而且记录的都是每个球形粒子的信息，不能直接求平均及湍流计算。本文给出了处理这些数据的基本方法，通过编制的Ｃ语言程序得到各测点所通过的粒子数、三维速度、湍流特性以及相对体积流量，为ＰＤＡ数据软件的进一步利用与开发提供了很大的方便。

提出了一种基于图像处理技术的气固两相流固体颗粒速度测量方法.通过控制CCD照相机的曝光时间获得颗粒的运动模糊图像,利用传播波方程方法估计出模糊图像的运动模糊长度,并根据透镜成像原理所建立的运动模糊长度与颗粒运动速度之间的联系,最终获得颗粒的运动速度.在小型气固两相流实验装置上进行了大量实验并对数据进行了分析,颗粒速度与用于实验对比的静电方法所得到的结果一致.

为了提高硬质地层中扩孔气动冲击器的排屑性能,基于岩屑颗粒在排屑流场中的临界流速原则,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件,研究了一种与排屑性能相关的扩孔气动冲击器设计方法,并将该设计方法在反向扩孔气动冲击器上进行应用.得到设计前后冲击器排屑流场内气相速度分布规律,岩屑颗粒速度及轨迹变化情况和环路内岩屑颗粒浓度分布情况.研究结果表明:反向扩孔气动冲击器排屑流场环路内岩屑颗粒临界流速为6.02 m/s,采用该设计方法能够有效地增加反向扩孔气动冲击器的排屑性能,使得排屑流场环路内气流速度增加到10 m/s左右,岩屑颗粒在排屑流场的停留时间减短,流场内颗粒浓度分布范围由0~100 kg/m3下降到0~4 kg/m3.

为了明确水平转竖直弯管中粗颗粒的输送特性,在实验验证的基础上,利用计算流体力学与离散元(Computational Fluid Dynamics and Discrete Elements,CFD-DEM)耦合数值模拟方法对直径2.5 mm、高3.3 mm粗颗粒在水平转竖直弯管中的输送流型、速度、质量流量和气相压力变化进行了研究。研究表明:在起送阶段,弯管料栓具有蓄能作用,难以一次过弯的颗粒会在弯管中自发组成形态稳定的料栓,待蓄能完成后继续过弯运动;沙丘流的输送速度小、平均质量流量高,束状流的输送速度大、平均质量流量低。在稳定输送阶段,固相流型、速度、质量流量波动相对稳定,弯管段的压降和颗粒平均速度在前后半段表现出明显差异;前半段压降小、等压线波动大、颗粒平均速度快;后半段压降大、等压线波动小、颗粒平均速度慢;水平管段颗粒流型为稳定分层流,弯管段前半段颗粒流型为束装颗粒...

建立了由反向扩孔气动冲击器排气孔到后封头的排屑流场，运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件研究了冲击器工作过程中尾气的携岩特性。基于冲击器的结构和工作原理，对气固两相排屑流场进行了数值仿真模拟，进而得到流场的气相特性以及岩屑颗粒运动轨迹和浓度分布规律。结果表明：冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低，流场压力由入口到出口逐渐降低；岩屑颗粒向流场底部聚集，颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大，最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降，最终趋于平稳。分析了钻进速度和尾气流量对携岩特性的影响，结果表明：随着钻进速度的增加尾气携岩能力下降，额定工作压力0．8MPa时钻进速度应小于12．6m／h；随着尾气质量流量的增加携岩能力提高，施工时应该在保证冲击器工作性能的情况下适当增加尾气质量流量。