随着《“一带一路”2017年河道疏通行业发展规划报告》发布,我国城市一体化进程加快,生活垃圾、建筑垃圾等废弃物在城市河道淤积严重,这不仅影响河道周围居民生活,而且增加了城市安全卫生隐患。因此,河道、港口与湖泊清淤已是当前社会面临的重要问题。作为提升水下固相物料的有效工具之一,喷射式气力清淤系统因结构简单、维护成本低、环境污染少而被广泛应用于江河湖泊疏浚等工程领域,对降低自然灾害、促进港口发展、改善城市环境具有重要战略意义。本文以喷射式气力清淤系统为研究对象,深入分析了系统内部气-液-固三相流运动特征随结构参数与运行参数的变化规律。利用自行设计的小型气力提升系统,以10mm麦饭陶瓷颗粒为目标提升物,实验研究气相流速、淹没率与进气方式(喷射式和径向式)、固相供应量对混合流体流动特征及其提升性能的影响,同时基于高速摄像技术并结合图像处理对各阶段系统内部流场结构特征进行研究。考虑混合流体中气相特征对固相运动影响,基于三相流理论与动量定理建立了系统内部固相运动速度模型,有效解决了传统模型中经验公式偏多且局限于单一气相状态等弊端,得到了结构参数与运行参数对固相运动影响;以气-液两相流中气相速度模型为基础,结合三相流理论与气泡动力学理论建立气-液-固三相流段气相运动速度模型,通过与前者比较得出三相流中液-固相对气相运动影响关键因素。同时,基于动量定理并考虑气相沿管轴向非线性变化特征建立系统内部混合流体一维控制方程,获得了气-液-固混合流中气相、液相与固相三者间速度关系。结果表明:不同颗粒供应条件下,提升管内液体流速随气体流速变化趋势相似,均先增长后降低,在较高气体流速下,足量颗粒供应时液相流速明显高于欠颗粒供应工况,并且随着淹没率的增加,两者差异愈发明显;随着气体流速的增加,足量颗粒供应时管内颗粒流速高于欠颗粒供应工况,在较高气体流速下,随着淹没率的增加,前者降幅低于后者。在低气体流速、低淹没率下,喷射式进气与径向式进气对液相和固相的提升影响较小;在高气体流速、高淹没率下,喷射式进气下系统提升性能优于径向式进气。提升管内混合流体在不同气体流速阶段分别存在不同流型特征,在较低气体流速下,当混合流体运动高度增加时,管内单气泡体积变大,对颗粒作用效果凸显,但其整体浓度降低,颗粒在气液相作用下在管壁与管芯间循环上升;在高气体流速下,混合流体震动加剧,其浓度逐渐降低,液体与颗粒多沿管壁处运动,此外,不同流型下气-液混合相对颗粒产生不同作用形式,此现象在泡状搅拌流阶段尤为突出。