钻孔水力开采用气力提升系统广泛应用于地下矿物开采、海洋资源开发、河道及港口清淤等领域,复杂工况下传统泵无法充分发挥其效力,提出了兼具传统泵和射流泵双重功效的气力提升系统。本课题以气力提升系统为研究对象,应用高速数字成像系统采集提升管内气相运动的图像序列,通过高速运动分析方法跟踪图像上的目标,继而分析气相在生成及上升过程中的运动现象。基于气泡动力学理论与高速摄像技术,研究了进气量对管内流型特征的影响机理及作用规律,寻求三相流流型图的判定依据与构造方法,进而深入了解三相流的内部流动机理。气泡生成过程中关键参数研究表明,进气量对初始生成气泡体积的影响主要分为两个阶段:低进气量阶段,初始气泡体积与进气量无关;高进气量阶段,气泡初始生成体积随气体体积流量的变化呈倍数增长。气泡生成频率随进气量的增大逐渐升高,然后慢慢趋于平缓。同一流动截面上,气相随时间变化作上下周期运动,上升周期约为下降周期的3-5倍,速度曲线具有明显的震荡特性。气泡运动轨迹由线性上升到之字形上升:低进气量阶段,气泡平缓运动,轨迹呈一条光滑曲线;当进气量增大时,径向波动加剧,气泡出现螺旋上升过程。基于高速摄像技术的管内流型结构分析表明,不同进气量下管内气-液两相流和气-液-固三相流交替出现。以气相流动的周期、管内分布规律以及混合相的组成为依据,将管内混合流型划分为五种:弹状流、团状流、泡状流、颗粒-泡状流和纤维环状流;其中,泡状流经过充分发展转变为颗粒-泡状流,为实现颗粒提升的最佳流型。