《絞吸式挖泥船加氣輸送機理及系統參數最佳化方法研究》是依託武漢理工大學，由范世東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：絞吸式挖泥船加氣輸送機理及系統參數最佳化方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：范世東
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
絞吸式挖泥船在湖泊清淤、航道整治、港口建設和吹填造地等工程中廣泛套用並發揮著重要作用。其工作過程是利用泥泵吸泥並通過長距離管道輸送到指定地點。疏浚泥漿具有濃度高、顆粒不均勻和成分複雜等特點，其輸送過程屬於高濃度固-液兩相流輸送，存在管阻大、能耗高、易堵管和排距短等技術問題，嚴重地影響挖泥船的生產效率、作業範圍和生產成本。加氣助送作為解決這些問題的重要技術手段之一，在一定環境條件和工況下可以有效減小管道阻力，降低管壁磨損和延長管道輸送距離。本課題組在試驗中將適量的空氣注入高濃度泥漿，改變管道內泥漿的流態，減小管道阻力，在加氣助送技術基礎之上重新設計和匹配關鍵疏浚設備，旨在實現疏浚系統的整體最最佳化。具體研究內容包括建立氣-固-液三相流理論模型，探索加氣減阻機理，仿真並實驗驗證其匹配模型，改進原有三相流管道輸送試驗台，最佳化設計加氣噴嘴，進行不同管徑的管道試驗、最佳化工況參數並做出能效比分析。
結題摘要
絞吸式挖泥船的輸泥管道系統中，管道中的泥漿成份複雜，流態不穩定，輸泥工況參數多，且變化不穩定，容易導致泥漿管道輸送阻力大、泥泵能耗高、管道容易堵塞、管壁磨損嚴重和管道輸送距離短等問題，影響疏浚工程進度，提高生產成本。為解決以上問題，需要明確泥漿在管道輸送中的動力學特性，探索影響泥漿管道阻力的關鍵因素，提出最佳化輸送參數、減小管道阻力的方法，最終達到避免管道堵塞，降低管道磨損和延長輸送距離的目的。 本項目深入分析了泥漿管道輸送的動力學特性，提出在一定環境和工況條件下，加氣助送可減小泥漿與管壁之間摩擦，有效降低泥漿輸送能耗及磨損、延長管道輸送距離。因此，本項目主要圍繞加氣輸送的減阻機理、減阻效果、減阻範圍等問題開展研究，主要研究方法為理論分析與試驗驗證相結合，主要研究內容如下： （1）明確疏浚泥漿的基本性質和分類，分析泥漿在管道內部的流態，分析氣體噴入泥漿後對管道內部流態的影響。判斷不同輸送參數下管道內部泥漿的流型，主要分為分層流、定床段塞流、動床段塞流及均勻段塞流四種流型。採用電容層析成像方法對管道內氣液兩相流流態進行識別，並分別建立了每種流態的數學模型，計算得出管道內部的壓力分布數據，利用壓力梯度的大小評價多相流管道阻力特性。（2）改造設計加氣輸送試驗台，對數據採集系統及測控系統進行了最佳化，研製了電容層析成像泥漿測試系統；設計並試製了幾種不同類型的加氣裝置進行比較。（3）開展加氣輸送試驗，泥漿體積濃度從清水到30%濃度逐步遞增。試驗採集了大量的數據並進行歸納整理，與理論模型的計算結果進行對比，檢驗加氣輸送數學模型的準確性並明確數學模型的適用範圍。評價加氣設備的功效和加氣輸送減阻效果，為管道加氣輸送技術提供理論基礎和試驗依據。
