绞吸式挖泥船加气输送机理及系统参数优化方法研究

绞吸式挖泥船在湖泊清淤、航道整治、港口建设和吹填造地等工程中广泛应用并发挥着重要作用。其工作过程是利用泥泵吸泥并通过长距离管道输送到指定地点。疏浚泥浆具有浓度高、颗粒不均匀和成分复杂等特点，其输送过程属于高浓度固-液两相流输送，存在管阻大、能耗高、易堵管和排距短等技术问题，严重地影响挖泥船的生产效率、作业范围和生产成本。加气助送作为解决这些问题的重要技术手段之一，在一定环境条件和工况下可以有效减小管道阻力，降低管壁磨损和延长管道输送距离。本课题组在试验中将适量的空气注入高浓度泥浆，改变管道内泥浆的流态，减小管道阻力，在加气助送技术基础之上重新设计和匹配关键疏浚设备，旨在实现疏浚系统的整体最优化。具体研究内容包括建立气-固-液三相流理论模型，探索加气减阻机理，仿真并实验验证其匹配模型，改进原有三相流管道输送试验台，优化设计加气喷嘴，进行不同管径的管道试验、优化工况参数并做出能效比分析。

绞吸式挖泥船的输泥管道系统中，管道中的泥浆成份复杂，流态不稳定，输泥工况参数多，且变化不稳定，容易导致泥浆管道输送阻力大、泥泵能耗高、管道容易堵塞、管壁磨损严重和管道输送距离短等问题，影响疏浚工程进度，提高生产成本。为解决以上问题，需要明确泥浆在管道输送中的动力学特性，探索影响泥浆管道阻力的关键因素，提出优化输送参数、减小管道阻力的方法，最终达到避免管道堵塞，降低管道磨损和延长输送距离的目的。.本项目深入分析了泥浆管道输送的动力学特性，提出在一定环境和工况条件下，加气助送可减小泥浆与管壁之间摩擦，有效降低泥浆输送能耗及磨损、延长管道输送距离。因此，本项目主要围绕加气输送的减阻机理、减阻效果、减阻范围等问题开展研究，主要研究方法为理论分析与试验验证相结合，主要研究内容如下：. （1）明确疏浚泥浆的基本性质和分类，分析泥浆在管道内部的流态，分析气体喷入泥浆后对管道内部流态的影响。判断不同输送参数下管道内部泥浆的流型，主要分为分层流、定床段塞流、动床段塞流及均匀段塞流四种流型。采用电容层析成像方法对管道内气液两相流流态进行识别，并分别建立了每种流态的数学模型，计算得出管道内部的压力分布数据，利用压力梯度的大小评价多相流管道阻力特性。. （2）改造设计加气输送试验台，对数据采集系统及测控系统进行了优化，研制了电容层析成像泥浆测试系统；设计并试制了几种不同类型的加气装置进行比较。. （3）开展加气输送试验，泥浆体积浓度从清水到30%浓度逐步递增。试验采集了大量的数据并进行归纳整理，与理论模型的计算结果进行对比，检验加气输送数学模型的准确性并明确数学模型的适用范围。评价加气设备的功效和加气输送减阻效果，为管道加气输送技术提供理论基础和试验依据。