機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文外文翻譯---氣舉泵提升固態(tài)物的性能檢測(cè)

1、<p>　　譯自：Kawashima,T,Noda,K,Masuyama,T,Andoda,S,1975,“Hydraulic Transport of Solias by Air Lift Pump (in japanese)”Journal of The Mining and Metallurgical Institute of Japan,91.</p><p>　　氣舉泵提升固態(tài)物的性能檢

2、測(cè)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　我們將檢測(cè)一種小型的用于提升固態(tài)物的氣舉提升系統(tǒng)。其垂直提升距離是3200mm，管子的內(nèi)徑是18mm。氣體噴射裝置安裝在管道的某一部位，提升管道的底端是水和固態(tài)物質(zhì)二者的混合物，而在氣體噴射孔以下是空氣，水，固體物資三者的混合物。不同時(shí)候檢測(cè)到的狀態(tài)結(jié)果也是不同的。不同組成成分直徑，不同密度，不同氣體噴

3、射位置，這些都是要研究的對(duì)象，在本文中我們也將討論固體剛好能夠被提升起來(lái)的臨界密度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣舉泵，氣液固三態(tài)溶液，成分直徑，氣體噴射點(diǎn)，臨界密度</p><p><b>　　1.概述</b></p><p>　　氣舉泵是指用來(lái)在化學(xué)工業(yè)中運(yùn)輸開(kāi)發(fā)的有毒液體的裝置，它也可以用在采礦工業(yè)運(yùn)輸?shù)V物。同時(shí)氣舉泵也用來(lái)提升海底的礦

4、物，例如，提升海底磁石到海平面，氣舉泵由垂直提升管和氣體噴射器組成（如圖1所示）。在垂直提升管中向上的混合物來(lái)自水中噴射氣體處，在管子中的氣液或者氣液固三態(tài)混合物都是不穩(wěn)定的，同時(shí)他們?cè)谧匀唤缫彩遣荒茏兓?。盡管我們研究的泵體非常簡(jiǎn)單，但其傳輸現(xiàn)象卻是非常復(fù)雜的。</p><p>　　在今天，氣舉泵的性能還只停留在理論上研究，既然我們本文是研究用氣舉泵提升礦物，那么以前的研究就只能很少部分適用，Weber和De

5、degil曾利用一個(gè)大型的氣舉泵來(lái)做過(guò)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)氣舉泵的長(zhǎng)度達(dá)到50到441米，而直徑有300mm.。他們還利用了三種不同的固態(tài)成分，同時(shí)檢測(cè)了這三種不會(huì)相互反應(yīng)的成分在氣體噴射器作用下的體積，Saito et al研究了當(dāng)管子在7.7至196.6mm的不同長(zhǎng)度下，氣舉泵的反應(yīng)性能，同時(shí)他們也把管子直徑從46.7mm增加到154mm。</p><p>　　Kato et al，Yoshinaga et al ,Y

6、oshinaga，Sato和Hatta et al在做實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使測(cè)試效果更準(zhǔn)確而采用相對(duì)小的氣舉泵來(lái)傳輸固態(tài)物質(zhì)。在他們的實(shí)驗(yàn)中，總的管道長(zhǎng)小于10m,Kawashima檢測(cè)了提供的混合氣體和不溶水部分的關(guān)系，這些都是在管長(zhǎng)6m以及管徑50mm的管道中做的，而固體成分用破碎的石頭來(lái)代替。</p><p>　　氣舉泵的性能取決于很多的因數(shù)，例如，提升管的規(guī)格，液體和固體的比例，提供空氣的輸入功率，工作的效率。由于

7、氣舉泵的功率相對(duì)機(jī)械泵要小，這些因數(shù)都要直接影響泵的操作性能，因此，氣舉泵的實(shí)驗(yàn)條件是要細(xì)心選取的，從而來(lái)模擬真是的使用條件。為了確定合適的操作條件，首先了解系統(tǒng)的性能是很基本的。盡管有了許多已經(jīng)研究的數(shù)據(jù)，但這是不夠的，所以我們還需要設(shè)計(jì)專用的氣舉泵來(lái)提升固體物資，一個(gè)重要的目標(biāo)是評(píng)估提升的邊界條件，在這個(gè)條件上，固體才可以被運(yùn)走，而這些都是還沒(méi)有人研究過(guò)的。</p><p>　　在我們的研究中，研究的是一個(gè)相

8、對(duì)小而球是用來(lái)提升固體的泵，總共的管道長(zhǎng)度為3200mm，、它的內(nèi)徑是18mm。在管道中的平均混合物密度小于泵中的密度，也就是說(shuō)固態(tài)成分是可以沿著管子被提升的，我們的目的是提供有關(guān)氣舉泵的可適用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了這一目的，不同固體物質(zhì)的直徑，密度，噴頭位置都是參數(shù)，他們都可以改變，我們將從實(shí)驗(yàn)和理論上討論氣液固混合物的特性。</p><p><b>　　2.實(shí)驗(yàn)方法</b></p>

9、<p>　　數(shù)據(jù)表1表是一個(gè)關(guān)于氣舉泵經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的綱要。氣舉泵的泵體包括了一個(gè)提升管，一個(gè)儲(chǔ)蓄器，一個(gè)吸收盒，一個(gè)噴射空氣的艙室，一個(gè)成分提供器，一個(gè)空氣分離器?？偣驳拈L(zhǎng)度L（用塑料做的提升管長(zhǎng)度）為3200mm，內(nèi)徑D=18mm,噴射器安放在管道的某個(gè)位置，提升管的底部與儲(chǔ)蓄器通過(guò)一個(gè)很大的管道相連，這個(gè)管道的直徑達(dá)到146mm。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中，從儲(chǔ)蓄器的頂部持續(xù)的提供水，儲(chǔ)蓄器中的

10、水位與吸收盒的距離為L(zhǎng)S=2420mm。儲(chǔ)蓄器的內(nèi)徑比提升管的內(nèi)徑要大得多，在儲(chǔ)蓄器下部的混合物流要比提升器上部的混合物流動(dòng)速度小，這些儲(chǔ)蓄器中的混合物都將影響泵的工作性能。</p><p>　　在成分提供器中鋁或玻璃狀的球狀固體成分通過(guò)管道被提供到吸收盒，同時(shí)提供的還有很多水，這種混合物如果是鋁時(shí)其密度，如果是玻璃時(shí)則是。固體成分的補(bǔ)給效率是由提供水的效率和在成分提供器底部的固體數(shù)量決定的，水和固體成分被同時(shí)吸

11、收入提升管中。</p><p>　　壓縮空氣通過(guò)空氣壓縮機(jī)和質(zhì)量控制器提供給艙室。在氣壓管中，氣體從艙室再噴出。氣體噴射器的具體細(xì)節(jié)如下，氣體噴射點(diǎn)從吸收盒開(kāi)始，800mm,1300mm或者200mm。為了檢測(cè)氣體噴射點(diǎn)對(duì)工作性能的影響，在管道的外表面，氣體從不同位置被釋放到周圍環(huán)境中。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)是在泵穩(wěn)定的工作條件下進(jìn)行的，混合物流的效率保持在一個(gè)穩(wěn)定值，也就是說(shuō)，這種混

12、合物保持不變。因此，這個(gè)測(cè)量的各種物質(zhì)比例也是保持不變的，空氣的流動(dòng)速度通過(guò)氣體質(zhì)</p><p>　　混合物流控制器提供的氣體效率通過(guò)氣體表面系數(shù)而體現(xiàn)出來(lái)。這個(gè)系數(shù)的范圍是0m/s< <3.27m/s.這是由于空氣壓縮機(jī)的原因。測(cè)量的的精度可以達(dá)到0.03m/s。</p><p>　　水流速度通過(guò)混合水和樣本時(shí)間被測(cè)量出來(lái)，然而質(zhì)量流速率通過(guò)混合物成分質(zhì)量和樣本時(shí)間確定，

13、混合的水直接通過(guò)混合器測(cè)量，混合成分質(zhì)量用整體測(cè)量，在混合成分后還有熱空氣烘干器，另外，樣本時(shí)間為10s或者20s。</p><p><b>　　量來(lái)限制和測(cè)量。</b></p><p>　　表面系數(shù)（固態(tài)）和（液態(tài)）按下面這個(gè)公式確定</p><p><b>　　, </b></p><p>　　

14、在這公式里，A代表提升管交叉部分的面積，測(cè)量的和精度在0.01M/S和0.002kg/s。和都以平均值來(lái)計(jì)算。</p><p>　　圖表b所示為一個(gè)吸附在垂直管上的噴射器，空氣通過(guò)245mm直徑的噴頭，噴射到艙室內(nèi)，并暫時(shí)儲(chǔ)存在那里，然后通過(guò)許多孔噴射到提升管中，這些孔的直徑和孔的數(shù)量都影響泵的工作。</p><p>　　一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)同時(shí)可以描述成下面的圖表。</p>&l

15、t;p>　　表2表明了氣體噴頭孔直徑在氣液兩相狀態(tài)的影響。這些氣體噴射點(diǎn)被放在=270mm,以及空的數(shù)量為4個(gè)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)孔直徑影響混合水的程度就非常小，相對(duì)壓強(qiáng)（在艙室內(nèi)相對(duì)大氣壓強(qiáng)）列于表1,由于小孔的直徑在表1的壓力相對(duì)表2要相對(duì)高一些。</p><p>　　表2（b）和（c）表明孔的數(shù)量對(duì)水成分的速度的影響。這些速度都是氣液兩態(tài)或者氣液固三態(tài)時(shí)的。相對(duì)地，孔的數(shù)量是一個(gè)或者四個(gè)，用3mm的鋁來(lái)做固體

16、。噴射點(diǎn)設(shè)置在=270mm處時(shí)，在氣液兩相和氣液固三相混合物流中孔的數(shù)量對(duì)水速度的影響是不容易被觀察到的，因此，氣噴方法研究結(jié)果是：如果孔直徑等于3mm或者更大，那么對(duì)速度影響很小，因此，對(duì)于目前實(shí)驗(yàn)的需要，孔的直徑取為5mm。以及孔的數(shù)量取為4，壓力幾乎在=0.654m/s時(shí)變化很大，然而其表面流動(dòng)中可以被觀察到在=1.963和=3.27m/s之間。</p><p>　　有關(guān)艙室壓力的頻率分析也如圖3（b）和3

17、（c）所示，在這些數(shù)據(jù)中，最大功率為100時(shí)，可以看見(jiàn)在兩相中將近4HZ時(shí)，頻率很強(qiáng)烈，對(duì)于三相混合物=0.015m/s時(shí)，結(jié)果和兩相情況很相似，因此，能量在頻率的底范圍是5HZ。</p><p><b>　　3 結(jié)果和討論</b></p><p>　　氣液兩相混合物流的結(jié)果可用一經(jīng)典的氣舉泵功能曲線來(lái)說(shuō)明，表4代表噴射的流動(dòng)氣體和混合水在多噴射孔之間的關(guān)系。這些混

18、合物明顯地減少，因?yàn)闅庖簝上嗷旌蠚庵袣怏w相對(duì)液體是動(dòng)力，這種反應(yīng)曲線表現(xiàn)一種相似趨勢(shì)，特別是=2000mm時(shí)，這種混合物水增加了當(dāng)噴射的氣體增加時(shí)所達(dá)到的最大值，然后再逐漸減少，頂點(diǎn)值可以明顯地看出=2000mm。</p><p>　　眾所周知?dú)庖簝上嗄Ｐ突旌衔飼?huì)隨著氣體的組成變化而在豎直管道中改變。到目前為止，許多流體模型圖已經(jīng)提了出來(lái)，Govier，Aziz和Taital et al從混合物氣泡中總結(jié)了一公式

19、，Weisman和Kang提出了一個(gè)表達(dá)式用來(lái)預(yù)測(cè)在傳輸液內(nèi)部氣泡，Golan et al引入了一個(gè)公式來(lái)預(yù)測(cè)氣泡從小到大的變動(dòng)，這些結(jié)論都在圖4中表示。</p><p>　　圖5是典型的反應(yīng)曲線，并且鋁成分的直徑為=3mm。這些數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)氣體系數(shù)和混合水之間的關(guān)系，固態(tài)流動(dòng)系數(shù)js取作一個(gè)變量，在js穩(wěn)定時(shí)，反應(yīng)曲線表明這一趨勢(shì)與兩相混合物的反應(yīng),并且與圖4相似，混合水流體增加要比固體流體js增加得要大，由于固體

20、成分主要按介于液體和固體之間的拉力，這也是合理的。隨著流體的動(dòng)力丟失，液體變小，另外，目前的三相流體反應(yīng)曲線和別的研究員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，雖然實(shí)驗(yàn)環(huán)境可能不相同，</p><p>　　圖5（b）表明供給的氣體與成分流體質(zhì)量流之間的關(guān)系。</p><p>　　圖6是在不同情況下，最大質(zhì)量流速和噴射氣體流之間的關(guān)系?？梢钥匆?jiàn)的是成分密度強(qiáng)烈地影響混合成分流的速度，為了討論他們的原因，這一單一固體

21、成分在液體組成中占了重要作用時(shí)的影響，可以表示為如下方程：</p><p>　　在這公式中，t，g，，和都是平均值。</p><p>　　通過(guò)改寫這個(gè)公式，我們可以得到</p><p>　　這很明顯因?yàn)槌煞种睆綔p小，拉力變得更大。</p><p>　　圖7表明了在不同情況下有關(guān)氣舉泵在運(yùn)輸固體成分的反應(yīng)曲線。在給定的最大水流速度發(fā)生在兩相氣液

22、時(shí)（js=0m/s）最小值發(fā)生在m /s之間的某一值。</p><p>　　處于這一邊界值上時(shí)固態(tài)成分可以沿著管道提升。這一界限是在一個(gè)物體模型的基礎(chǔ)上評(píng)估出來(lái)的，在零提升點(diǎn)時(shí)，情況就變成了只有一種成分了，固體成分在時(shí)可以被提升起來(lái)，既然固體成分相對(duì)液體是不可忽視的小部分，破碎系數(shù)相對(duì)固態(tài)系數(shù)=0,液態(tài)流動(dòng)公式</p><p>　　因此我們可以得到以下的公式</p><

23、p>　　這一公式表明在氣體噴射點(diǎn)以下有提升固體的最小混合時(shí)水的比例，這個(gè)值在表2中所假設(shè)=0.42，公式5的結(jié)果在表7中的固體一欄中可以看出。</p><p>　　一個(gè)相似的公式可用來(lái)表述氣體噴射點(diǎn)以上的狀態(tài)，在這點(diǎn)以上，周圍流體是氣液混合物，氣體和液體比例系數(shù)</p><p>　　表明的是氣體分布系數(shù)，所以公式3可以改寫為</p><p>　　在這個(gè)公式中

24、和表示氣液混合物的密度和速度</p><p><b>　　這應(yīng)該寫成這個(gè)公式</b></p><p>　　這可以得到最終的等式8，在氣體噴射點(diǎn)，我們又得到一個(gè)公式</p><p>　　在公式9中氣體的破碎量系數(shù)</p><p>　　可有由以下公式確定aj,在這里面X由以下給出；</p><p>　

25、　液體破碎量系數(shù)可以表示為</p><p>　　氣體密度可以由以下給出</p><p>　　P.和R 表示氣體噴射點(diǎn)的壓力和氣體系數(shù)，氣體壓力與管道底部壓力有關(guān)，而且可以用以下公式表示</p><p>　　在這里面，表示大氣壓強(qiáng)和水面與吸管的距離。如圖1a所示，在左邊的第一列表示靜態(tài)壓強(qiáng)，第二列表示管中的動(dòng)態(tài)壓力，被認(rèn)為是分析的起點(diǎn)，第三列是在重力影響下的壓強(qiáng)，第四

26、列是由于管壁摩擦而產(chǎn)生的壓強(qiáng)，碎片系數(shù)由Blasius型表示在以下公式中</p><p>　　在這一公式中代表液體分離系數(shù)</p><p>　　,公式中的結(jié)果可以用圖6表示，可以看出Jl的情況，通過(guò)公式9可以得到它不公式5中的JL要小，這就表示這一極限可以通過(guò)兩相成分組成狀態(tài)情況來(lái)確定，這一趨勢(shì)可以由以下公式確定，</p><p>　　我們可以得到Jl公式7中可以看

27、出預(yù)測(cè)出的極限與測(cè)量的極限完全符合，雖然有時(shí)測(cè)量出的數(shù)據(jù)比預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)要小。</p><p>　　公式5中Jl與只有單一固體成分向下運(yùn)動(dòng)到靜止的液體所得到的公式中的重力一樣，當(dāng)液體被裝在垂直的圓管中，最終的重力由管徑影響，Ayukawa et al提出以下公式預(yù)測(cè)最終的速度</p><p>　　這一公式的結(jié)論也在圖7和表2中指出，在公式5和公式19中明顯的區(qū)別只有d不相同，公式19比公式7表達(dá)

28、出更準(zhǔn)確的結(jié)論。</p><p><b>　　3.結(jié)論</b></p><p>　　提升固體成分的氣舉泵性能在上面已被驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不同成分的直徑和密度以及氣體噴射點(diǎn)的位置對(duì)泵的性能影響。這一結(jié)論可以由以下總結(jié)得出。 </p><p>　　1 氣舉泵的特性被檢驗(yàn)，在氣液固三態(tài)混合物中和液固兩態(tài)一樣，當(dāng)氣流減少時(shí)混合物中水也減少，并到達(dá)最大

29、值后再減小，在氣液固三態(tài)中當(dāng)氣體增加時(shí)氣液固三態(tài)也增加，然后達(dá)到平穩(wěn)，或者輕微減小。</p><p>　　2 組成成分的密度和直徑對(duì)泵的影響被驗(yàn)證，當(dāng)組成成分直徑和密度增加，總的組成成分也增加。</p><p>　　3 在混合液和組成部分中氣體噴射口也被驗(yàn)證，氣體噴射口位置越高混合水和成分都會(huì)減少</p><p>　　4 用單一理論模型驗(yàn)證提升極限可以確定這種模

30、型可以充分的預(yù)測(cè)混合水流的最小值。</p><p><b>　　感謝</b></p><p>　　因?yàn)樵诒疚闹蠱r.a.amura給我提供了很多幫助，我很感謝他。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Giot,M,1982,Three-phase flow,in

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