Hydro-thermodynamic model of deep-water hydraulic lift of 3-phase fluid considering heat-mass-exchange processes

Abstract

Purpose. To justify theoretical dependences of the main flow parameters of 3-phase streams for modeling the process of hydraulic hoisting of polymetallic nodules in the flow section of the deep-water air-lift for various structures of heterogeneous fluid flow. Methods. Theoretical studies allowed to establish dependences of the main flow parameters of 3-phase streams transporting solid material in a vertical pipeline. Findings. We obtained dependences describing the main characteristics of 3-phase flows in vertical pipelines and calculation formulas for determining the flow parameters of polymetallic nodules hydraulic hoisting for different flow patterns of the fluid. An approach to the development of a mathematical treatment of the mechanism underlying solid materials transportation in the carrying fluid is proposed. Originality. A thermohydrodynamic model of the rising pipe of the deep-water air-lift hydraulic hoisting is developed taking into account the heat-mass exchange processes with different structures of the 3-phase fluid. Practical implications. We developed and prepared for trial operation the software simulating transitional operation modes of deep-water hydraulic lifts transporting polymetallic nodules.

Цель. Обоснование теоретических зависимостей основных расходных параметров 3-х фазных потоков для моделирования процесса гидроподъема полиметаллических конкреций в проточной части глубоководного эрлифта для различных структур течения гетерогенной смеси. Методика. Теоретическими исследованиями установлены зависимости основных расходных параметров 3-х фазных потоков, транспортирующих твердый материал в вертикальном трубопроводе. Результаты. Получены зависимости основных характеристик 3-х фазных течений в вертикальных трубопроводах и расчетные формулы для определения расходных параметров процесса гидроподъема полиметаллических конкреций при различных структурах течения смеси. Предложен подход к разработке математического описания механизма транспортирования твердых материалов в составе несущей гидросмеси. Научная новизна. Разработана термогидродинамическая модель подъемной трубы глубоководного эрлифтного гидроподъема учитывающая тепломассообменные процессы при различных структурах 3-х фазной смеси. Практическая значимость. Разработана и приготовлена к опытной эксплуатации программа, моделирующая рабочие переходные режимы глубоководных гидроподъемов, транспортирующих полиметаллические конкреции.

Мета. Обґрунтування теоретичних залежностей основних витратних параметрів 3-х фазних потоків для моделювання процесу гідропідйому поліметалічних конкрецій в проточній частині глибоководного ерліфта для різних структур течії гетерогенної суміші. Методика. Теоретичними дослідженнями встановлено залежності основних витратних параметрів 3-х фазних потоків, що транспортують твердий матеріал у вертикальному трубопроводі. Результати. Отримано залежності основних характеристик 3-х фазних потоків у вертикальних трубопроводах та розрахункові формули для визначення витратних параметрів процесу гідропідйому поліметалічних конкрецій при різних структурах течії суміші. Запропоновано підхід до розробки математичного описання механізму транспортування твердих матеріалів у складі несучої гідросуміші. Наукова новизна. Розроблена термогідродинамічна модель підйомної труби глибоководного ерліфтного гідропідйому, що враховує тепломасообмінні процеси при різних структурах 3-х фазної суміші. Практична значимість. Розроблена й підготована до дослідної експлуатації програма, що моделює робочі перехідні режими глибоководних гідропідйомів, що транспортують поліметалічні конкреції.