中文摘要：

水下注气液体提升理论对于研制高效率的河海化冰系统、海水营养盐提升系统等水下技术装备有着重要指导意义。其核心内容，是研究气泡上浮带动液体向上运动而形成的气液涌升流，找出不同条件下注气流量和液体提升流量之间的理论关系。该技术领域现有理论较为简单，未考虑一些重要固面几何参数和气泡尺度参数对涌升流的影响，无法提供较通用和较准确的工程设计准则。为此，本课题针对在化冰技术、营养盐提升技术方面有应用价值的开式、半开式和低长径比管三种水下注气液体提升系统开展研究，归纳和发展现有的不完备的零散理论，通过理论分析和实验研究建立更具通用性、准确性的水下注气液体提升理论模型，着重反映固体边界几何参数（如离岸距离、提升管长度和直径等）及气泡尺度对注气流量和提升液体流量关系的影响规律，并通过大量的实验研究验证理论模型及数值计算方法，最终建立较完备的水下注气液体提升理论和相应的工程设计准则和方法。

结论摘要：

水下注气液体提升理论对于研制高效率的河海化冰系统、海水营养盐提升系统等水下技术装备有着重要指导意义。其核心内容，是研究气泡上浮带动液体向上运动而形成的气液涌升流，找出不同条件下注气流量和液体提升流量之间的理论关系。该技术领域现有理论较为简单，未考虑一些重要固面几何参数和气泡尺度参数对涌升流的影响，无法提供较通用和较准确的工程设计准则。为此，本项目针对水下注气液体提升系统开展研究，归纳和发展现有的不完备的零散理论，研究水下注气液体提升的特性规律，尝试建立更具通用性、准确性的水下注气液体提升理论模型。 我们建立了水下注气提升系统试验装置，在分析气泡尺度测量难度的基础上提出了比较方便准确的气泡尺度测量方法。我们通过实验研究了静水中气泡群的上升规律，提出了气泡尺度在上升过程中的变化规律，气体流量对气泡尺度的影响，以及气体流量对气泡尺度上升规律的影响。这些规律的得到，为研究气泡尺度对涌升流流量的影响提供了理论依据。 我们通过理论分析提出了准确测量涌升流流量的方法。为明确曝气参数对气泡尺度的影响，我们结合图像处理及统计学的方法研究了不同类型曝气装置产生气泡的尺度分布，确定其对气泡尺度的作用，而后我们研究了气体流量对涌升流流量的影响以及气泡尺度对涌升流流量的影响。创造性的得出了相同气体流量下，减小气泡尺度对增大涌升流流量影响的定量规律。 我们研究了离壁距离对气泡直径和气泡驱动的涌升流流量的影响，发现在某些高度上，涌升流流量随着曝气头离壁距离的减小而减小，然而在某些高度上，流量则先减小后增大；涌升流半径纵向变化率不仅与曝气装置离壁距离有关，还与高度有关。我们以气液两相流基本理论为基础，对水下注气液体提升展开了数值模拟研究，研究结果与实验结果相互验证，很好的反应了气体流量对涌升流流量的影响，以及涌升流流量和水深深度的变化规律。 通过一系列实验数据和理论分析，我们修正了涌升流流量的计算公式，建立了新的水下注气液体提升理论模型，弥补了现有理论对气泡尺度缺失的不足，为未来水下注气液体提升技术的工程设计提供了可靠依据。