气力提升装置作为一种特殊性能泵,已广泛应用于深井取水、石油开采以及危险化工液体运输。相对于技术已成熟的传统泵和射流泵,其基础研究尚不完备,仍有许多科学问题亟待探究。至今国内外对气力提升装置的理论模型和管内流场的研究涉猎很少。为寻求提升系统理论模型建立的新方法,揭示管内流场结构,结合前人的实践经验及研究成果,提出了兼具射流泵和气举双重功效的新型气力提升装置,并以此为物理模型展开相关理论和实验研究。分析了管道阻力损失和提升性能的影响因素及其相互作用形式,在此基础上,基于伯努利方程、动量方程和能量方程推导出气力提升效率和扬程模型,并建立了管内体积流量无因次模型。为验证理论模型,建立了气力提升系统,实验研究参变量(主要为浸入率与气流量)对气力提升性能(扬水量、提升效率和扬程)的影响,同时利用激光多普勒测速仪(LDV)分析了管内流场随参变量的变化规律。气力提升性能的实验研究表明随着浸入率的增加,提升性能呈单调递增,而随气流量的增加开始增大至峰值而后下降,这表明存在一最优气流量值使提升性能达到最佳。最大扬水量与最大扬程所对应的气流量均大致为50m3/h,而效率峰值点较扬水量和扬程略微前移。对上述结果用无量纲化处理结果显示任一浸入率下其无因次实验散点大致落在同一分布函数上,并与管内体积流量无因次模型吻合较好,误差控制在±8%以内。基于LDV测试技术的管内流场结构研究表明管内流场速度分布趋于圆台形,管壁附近速度梯度很大,而中心区速度分布平缓。液相流速随着气流量的增加先增大而后减小,与提升性能变化趋势基本一致,且随着浸入率的增大,不同气流量之间的流速差异趋于缩小。研究成果对深入认识气力提升机理、丰富多相流动力学理论,以及对我国的河道、港口清淤以及海洋资源开发有重要意义。