瀝青發(fā)泡過程控制關(guān)鍵因素分析

等基礎(chǔ)上，利用計算流體力學(xué)Fluent軟件對瀝青噴射效果進(jìn)行分析。首先Pro/eAnsysFluentFluent當(dāng)瀝青流量從100g/s到160g/s時發(fā)泡腔出口平均速度呈逐漸增大趨勢，說明瀝青發(fā)泡膨脹率大發(fā)泡效果好，瀝青出口平均密度在100g/s到120g/s下呈增長趨勢，在140g/s時瀝青出口平均密度密度保持穩(wěn)定并略所下降，但隨瀝青流量到160g/s時瀝青出口平均密度隨之增大，對比平均140g/s370K：瀝青發(fā)泡；發(fā)泡原理；技術(shù)評價；影響因素：FluentAsphaltAsphaltbitumenfrothfoamingistodeterminethequalityof,theuseofCFDsoftwareFluentsimulationofbitumenforasphaltfoamhereinotherfactorsaffectingthefoamedasphaltmadeonthebasisofoftheeffectoftheinjectionprocess.Thispaperestablishedafoamchambersimulationinternalmixingfoamingchamberwithcloudandsimulationdatawiththeactualeffectofthefoamingprocessandsummarizetheliture.Studytheeffectsofcertainfoamingfoambitumenfoaminjectiontimeunder.Theaveragevelocityandtheaverageexportvolumeexportsimulationresultswithtwoindicatorsindirectassessmentfoamchamberandfoambitumenfoamingmagnificationsizejeteffectgoodorcomewhentheasphaltflow100g/sto160g/eslargerwhenthecouplingfieldaveragespeedincreasestoprovefoamingprocessstable,butbeyondacertaintrafficdensityincreaseswhenthefoamedasphalthotbitumenandwaterproofReactioninsufficientcontact,asphaltinletmassflowchangesfoamedasphaltcloudsimulationresults,obtainedwithinacertainrangetohelpincreasetheflowoftrafficasphaltbitumenfrothfoamingeffect.Inthispaper,theeffectfoamedasphaltprocesssimulationhasacertain::Foamasphalt;FoamingTheTechnicalevaluation;Factors摘 第一章緒 本課題研究意義與目 瀝青發(fā)泡國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn) 研究內(nèi)容及技術(shù)路 第二章瀝青發(fā)泡因素分析及原 瀝青發(fā)泡原 對瀝青發(fā)泡的評 膨脹率和半衰 發(fā)泡指 瀝青發(fā)泡影響因 影響瀝青發(fā)泡的微觀因素分 影響瀝青發(fā)泡的宏觀因素分 第三章.流體力學(xué)理論概 流體力學(xué)基本概 CFD軟件的構(gòu) FLUENT軟件介 第四章.瀝青發(fā)泡過程建立模型及仿 瀝青發(fā)泡腔三維模擬建 瀝青發(fā)泡腔仿真模擬離散化網(wǎng) 瀝青發(fā)泡腔過程Fluent仿 Setup前處 Solution求 后處理Fluent仿真數(shù)據(jù)及分 總 結(jié) 參考文 謝 第一章緒論并且得到了空前巨大的投資規(guī)模統(tǒng)計數(shù)據(jù)表示新增公路也較去年有了很大1.1201030%，廢舊材料的回收再利用不能，，目標(biāo)進(jìn)行實施。而瀝青路面再生技術(shù)之中瀝青冷再生技術(shù)是其中的技術(shù)，相對普通瀝青來說瀝青有更低的粘度，這使得工人在進(jìn)行攪拌工序的1968，，1928年第一個制造瀝青的人是德國人AugustJacobi并且了的，1956 開始研 ，1956年，LadiaH.Csanyi利用水蒸氣發(fā)泡工藝基礎(chǔ)上成功用于瀝1999年，英國Muthen博士期說瀝青的膨脹率和半衰期至少為不低于10倍和12s，并且FI的指數(shù)。1991年，我國第一次對瀝青技術(shù)進(jìn)行了改良研究瀝青對集料的裹覆性2004年，同濟(jì)大學(xué)的拾方治、呂偉民等人對六種不同型號瀝青用WirtgenWBL102011年，倘發(fā)現(xiàn)瀝青發(fā)泡過程是有較強(qiáng)的瞬態(tài)性，其內(nèi)部發(fā)泡過程十、本文在了解瀝青發(fā)泡原理，破滅原理、發(fā)泡工藝瀝青評價指標(biāo)等基礎(chǔ)上。用計算流體力學(xué)軟件Fluent在推薦參數(shù)下對瀝青噴射效果進(jìn)行云圖、、已定實驗條件空氣壓力為0.3MPa，水的壓力為0.4Mpa，含水量為2%，瀝青發(fā)泡溫度設(shè)置為160℃，發(fā)泡腔瀝青直徑為4mm，出口直徑8mm，噴射時間為30s的試驗過程中的瀝青噴射效果，當(dāng)瀝青流入量從100g/s開始增加直至160g/s時，用Fluent軟件模擬仿真出發(fā)泡腔內(nèi)部混合相云圖與計算數(shù)值 Pro/eAnsysFluent處理部分設(shè)置條件瀝青空氣的參數(shù)實驗參考壓力操作密度邊界條后處理選擇實驗云圖與測定實驗數(shù)據(jù)記性合理的總結(jié)。瀝青發(fā)泡腔是發(fā)泡反映的地方（圖2-1）。在140℃以上高溫狀態(tài)下，瀝青相之中形成狀的瀝青當(dāng)水蒸氣被具備一定黏度的瀝青裹覆后就形成了圖2-1瀝青形成過程示意由于瀝青生過程過十分復(fù)雜不可預(yù)知因素很多熱瀝青連續(xù)相形成的膨瀝青發(fā)泡過程中導(dǎo)致破滅的解釋大致上分為兩種。第一種，在瀝青發(fā)泡持流動低溫導(dǎo)致粘度系數(shù)增大發(fā)泡水量較小時瀝青（臨界厚度為5mm至10mm）導(dǎo)致氣泡溫度降低里面的水蒸氣液化成液態(tài)水滴而是瀝青破滅。第二種，破滅激勵可以用特邊界來解釋附近取率小的地方的液體會往特邊 膨脹率和半衰，定性瀝青半衰期越長，則瀝青破滅越緩和，在實際工程中噴入拌制設(shè)，術(shù)規(guī)范》JTGF41—2008規(guī)定膨脹率應(yīng)大于10倍、半衰期不小于8S，來作為指發(fā)泡指1999Jenkins教授提發(fā)了泡指數(shù)評價方法他發(fā)現(xiàn)瀝青實際的體積大值要大于實驗測量的體積這是目前用膨脹率和半衰期測量瀝青發(fā)泡特方法的一個缺點。Jenkins教授給出了瀝青的計算：式中：ER(t)－瀝青發(fā)泡過程中某一時刻瀝青膨脹率；ERm－測量到瀝青膨脹率最大膨脹率；（s（s式中：ERa /ERats （s

（2-（2-這種評價指標(biāo)雖然能夠解決使用膨脹率和半衰期兩個指標(biāo)帶來監(jiān)測的影響瀝青發(fā)泡的微觀因素分瀝青的黏度、針入度：瀝青表面張要受瀝青的粘度的影響，瀝青影響瀝青發(fā)泡的宏觀因素分發(fā)泡溫度：提高瀝青溫度有利于增加瀝青流動性因為瀝青的黏度隨溫度增改而減小，并且的傳遞熱能給常溫發(fā)泡水用于熱量交換。一般情況下,瀝青160℃不利因素。不高，因此發(fā)泡壓力作為影響因一。第三章.計算流體力學(xué)理論概本章介紹計算流體力學(xué)和流體運(yùn)動的基本知識與瀝青發(fā)泡的理論知識的相關(guān)性。140℃以上時它的物理性質(zhì)最接近于流體的性質(zhì)。（3-式中：ux、uy、uz分量，X、Y、Zm/s；t為時間，單位是S；ρ▽=i?/?x＋i?/?y+i?/? （3-?（ρux）/?t+▽*（ρuxū）=-（3-?（ρuy）/?r+▽*（ρuyū）=-（3-?（ρuz）/?r+▽*（ρuzū）=-（3-式中:ux、uy、uz為各個方向速度，單位是t為時間，單位為ρ為密度，單位為?（ρE）/?t+▽*{Keff▽T- 式中EJ/kg，Ehpρ+U2/2hj為流體各個組分中組分j的焓，單位為J/kg;Keff為有流體的效熱傳導(dǎo)系數(shù)，單位為W/(m-KKeffK+K,Kt'h為流體J為流體各個組分中組分JSh為定義的體積熱源項根據(jù)化學(xué)反應(yīng)熱（3-

（3-（3- CFDCFDFluent，fluent為使Fluent軟件在特定領(lǐng)域內(nèi)使得穩(wěn)定性、Fluent4-1-1。4-1PRO/E表4-1-1模型各個出直GEOMETRY首先是建立坐標(biāo)系，坐標(biāo)系中心位于底部中心且Y軸為垂直軸，Z,X軸為平面軸，其次點擊FILL（填充）命令選擇內(nèi)腔所有面，因為發(fā)泡腔為對稱模型，為幾何模型（4-2圖4- 簡化創(chuàng)建的發(fā)泡腔幾何模GEOMETRYICEMCFD中，劃分網(wǎng)格原則就是近壁和近口都要保證網(wǎng)格細(xì)膩因為附近壓力偏大，而本采用FLUENTMESHGenerateMesh網(wǎng)格可見下（圖4-3）.網(wǎng)格質(zhì)量大于1.4太寬松對Fluent分析不利于對Fluent分析質(zhì)量守恒，檢測監(jiān)測網(wǎng)格質(zhì)量GrowthRate為Default（1.2）。定義邊界首先單擊選擇平面命令逐個選定邊界瀝青inlet-up空氣（inlet-air（inltwter（outlet（sym之后可見下表（4-4）.圖4-3發(fā)泡腔網(wǎng) 圖4-4發(fā)泡腔邊其次要檢查網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格大小20mm，ElementQuality（單元質(zhì)量）小于1（圖54-5AspectRatio（比）小于20（圖4-圖4-6WarFactor（翹曲因子）0（4-4-784-8氣和瀝青混合物的體積不斷膨脹，最終破裂，這就是整個發(fā)泡過程。Setup前處MESH中創(chuàng)建網(wǎng)格的單位為mm，而Fluent內(nèi)部網(wǎng)格的單位是m，所以在Fluent軟件中需要先將單位統(tǒng)一變換成mm，如圖（4-9）所示。下拉Mesh選擇polyhedra選項中的質(zhì)量因子轉(zhuǎn)換（Covert）命令網(wǎng)格變換如圖（4-10）Check看網(wǎng)格檢查信息會出現(xiàn)在控制臺窗口，結(jié)果沒有出現(xiàn)Done4.7Y重力加速度在y9.8m/s2（4-114-9圖4-10發(fā)泡腔網(wǎng)格 圖4-11Y軸重力加速度向Materials下將這些水蒸汽壓入瀝青的連續(xù)相中形成泡狀瀝青，所以要設(shè)置四項瀝青Conductivity(ρ4-4-1-1。創(chuàng)建好的流體材料有瀝青、水、水蒸表4-4-1- 瀝青項材料選取的參材料比熱容導(dǎo)熱率黏度溫度密度K：Pa.s4-4-1-2仿真中各種物質(zhì)的動力粘度水T（單位：K）水和空氣選擇常用室溫，即攝氏溫度t為20℃，熱瀝青為160℃；軟件要求換算為絕對溫度T，根據(jù)換算T(K)=t（c）+273.15K得到各物質(zhì)絕對溫度T4-4-1-34-4-1-3水ρ（單位：kg/m3）4-4-1-4仿真中各種物質(zhì)的溫度表4-4-1- 仿真中各種物質(zhì)的密度水空氣Models沒有一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而VOFVOF模型的定義是用網(wǎng)格式的表面方法用于多種互不相融的流體交界面多種交界面相體各個組分流體有著相同的一套動量方程可以用來計算每個流場內(nèi)的隱性算法和隱性力（4-4-12VolumeofFluid流體相（Phases）對各個流體具體設(shè)置為：瀝青設(shè)置為第一相材料（PrimaryPhase），液態(tài)PhasePhase第四相材料（SecondPhase）。引入水蒸發(fā)的需要用到義User-DefinedFunction用戶自定功能，需用C語言編寫。仿真引入水變?yōu)樗魵獾腢DF編程，具體程序如下：#include"udf.h"#include"sg_mphase.h"#defineT_SAT373#defineLAT_HT1.e3DEFINE_SOURCE(liq_src,cell,pri_th,dS,{Thread*mix_th,*sec_th;realm_dot_l;mix_th=THREAD_SUPER_THREAD(pri_th);sec_th=THREAD_SUB_THREAD(mix_th,1);if(C_T(cell,mix_th)>=T_SAT){m_dot_l=-0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,pri_th)*fabs(C_T(cell,mix_th)-T_SAT)/T_SAT;dS[eqn]=-0.1*C_R(cell,fabs(C_T(cell,mix_th)-}elsem_dot_l=0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,dS[eqn]=0.;}return}DEFINE_SOURCE(vap_src,cell,sec_th,dS,{Thread*mix_th,*pri_th;realm_dot_v;mix_th=THREAD_SUPER_THREAD(sec_th);pri_th=THREAD_SUB_THREAD(mix_th,0);if(C_T(cell,mix_th)>=T_SAT){m_dot_v=0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,fabs(C_T(cell,mix_th)-dS[eqn]=}elsem_dot_v=-0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,dS[eqn]=-0.1*C_R(cell,sec_th)*fabs(C_T(cell,mix_th)-}return}DEFINE_SOURCE(enrg_src,cell,mix_th,dS,{Thread*pri_th,*sec_th;realm_dot;pri_th=THREAD_SUB_THREAD(mix_th,0);sec_th=THREAD_SUB_THREAD(mix_th,1);if(C_T(cell,mix_th)>=T_SAT){m_dot=-0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,fabs(C_T(cell,mix_th)-dS[eqn]=-0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,}elsem_dot=0.1*C_VOF(cell,sec_th)*C_R(cell,sec_th)*dS[eqn]=0.1*C_VOF(cell,C_R(cell,sec_th)/T_SAT;}returnLAT_HT*m_dot;}水—水蒸氣階段交換（PhaseInction）設(shè)雙擊Phase ction彈出設(shè)置面板選擇第二相水蒸氣與第三相液態(tài)condensation（13Edit14圖4- Phase ction質(zhì)量階段交換面4-14因為仿真過程中發(fā)生對流換熱所以打開能量方程，如下圖4-15圖4-15粘性模型（Viscous）粘性模型選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε16圖4-16邊界條件(BoundaryConditions瀝青，水，空氣均采用速度(velocity-inlet)，瀝青出口用壓力（Pressure-outlet），出口下面分別對各速度的速度參數(shù)：瀝青采用瀝青的進(jìn)口質(zhì)量流量QA=100g/s，由發(fā)泡腔裝配圖知道瀝青的DA=4mm，ρ=1050kg/m3瀝青面積Aa 瀝青體積流量 瀝青速度 水速度水質(zhì)量Qw： 水的體積流量 水的面積 水速度 瀝青速度調(diào)速度進(jìn)行調(diào)校下確定了它的質(zhì)量流和速度流的X、Y軸直線關(guān)系如表4-4-1-5表4-4-1- 多組實驗下的瀝 速度與質(zhì)量流關(guān)4-17空氣速發(fā)泡腔可知D=6mm，空氣取值理想大氣壓下密度瀝青口面積 根據(jù)V=Qv÷A=0.5Cap（t/t 流體速度v（單位：m/s），根據(jù)V=4m/ρπD2（m為實際進(jìn)入發(fā)泡腔的質(zhì)量）；流體力學(xué)中湍流強(qiáng)度是 =0.16÷(Re)1/8；Re為雷諾數(shù)Dvρ/μ，根據(jù)圓柱形水力半徑為D/4（D為直徑）表4-4-1-6表4-4-1- 水、空氣仿真的其他參水5symmetry，壁面邊界設(shè)置為wall。首相默認(rèn)為瀝青項，氣態(tài)水在第二相體 putefrom為in-air（為空氣）其他參照默認(rèn)圖4-18圖4-19ReferenceValuesSolution求SolFluentMethodssolutionMethods壓力與速度求解耦合的算法（Pressure-VelocityCoupling）的選擇是：SIMPLEBased為二階迎風(fēng)方程，因為一階迎風(fēng)方程雖然快但是，三階迎風(fēng)方程雖然準(zhǔn)但是與二階迎風(fēng)方程相同（4-20圖4- SolFluentMethods求解方SolFluentControls小松弛因子的值，用來保證計算迭代收斂（4-214-21設(shè)置點擊全局初始條件需單擊Solution-Initialization按鈕彈出初始化inlet-airReferenceFrame保持為RelativetoCellZone，開始初始化（4-22圖4- 在求解計算(RunCalculation)面板中設(shè)置TimeStepMethod為Fixed，TimeStepSize0.025NumberofTimeSteps時間步數(shù)的1200MaxItions/TimeStep100，其他參數(shù)Calculate30s據(jù)。30s的殘差圖件下表（圖4-23，可以看出，殘差基本滿足要求，這也說明發(fā)泡腔包內(nèi)部已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定，并以30秒仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出瀝青（inlet-up，air量分?jǐn)?shù)計算值進(jìn)行合理分析得出實驗以穩(wěn)定（4-24圖4- 殘差監(jiān)視器收斂 4-2430s后處理Fluent仿真數(shù)據(jù)及分由圖可（圖4-25圖4-26圖4-2圖-28瀝青流量在100g/s120g/s，160g/s160g/s要大于發(fā)泡水和空氣的密度在空氣和水的溫度呈藍(lán)色較低溫度區(qū)因（298k瀝青部產(chǎn)生渦流促進(jìn)水蒸氣與熱瀝青表面混合產(chǎn)生瀝青。4-25100g/s積分?jǐn)?shù)較高，瀝青傳導(dǎo)熱量不充分，圖4-26表達(dá)出2隨著瀝青流量增大水和空藍(lán)色較低溫區(qū)域縮小。圖4-27和圖4-28可以得出隨著瀝青流量的增多，熱瀝青與水迅速接觸表面?zhèn)鬟f熱量使水變?yōu)樗羝麎喝霝r青連續(xù)相中形成瀝青綜上所述得出結(jié)論隨著瀝青流量增多情況下發(fā)泡腔內(nèi)溫度云圖升高有助于瀝圖4-25100g/s發(fā)泡腔溫度場分布 圖4-26120g/s發(fā)泡腔溫度場分布圖4-27140g/s發(fā)泡腔溫度場分布圖 圖4-28160g/s發(fā)泡腔溫度場分布由圖可知（圖4-29、圖4-30、圖4-31）Fluent軟件仿真瀝青發(fā)泡噴射實驗壓力基本都在0.65Mpa左右，瀝青壓力最大，壓力在0.72Mpa左右，出口壓力在0.32Mpa到0.2Mpa左右，腔內(nèi)壓力大于出口壓力。雖然空氣壓力對瀝青發(fā)面提供發(fā)泡腔壓力促使水蒸氣壓入瀝青連續(xù)相中生成較多的瀝青發(fā)泡腔出4-29100g/s4-30120g/s4-31140g/sFluent仿真數(shù)據(jù)值只能評價膨脹率不能評價半衰期。評價標(biāo)度越（大于空氣密度1.225kg/m3）越好，發(fā)泡腔內(nèi)各相充分混合成瀝青噴由表4-4-1-7可以看出在一個噴射時間條件下瀝青流入量100g/s、120g/s、140g/s、160g/s4-4-1-7324-32，綜合速度圖表可知，隨著瀝青流量增大瀝青出口的平均瀝青之中形成有膨脹空氣室的瀝青，隨著膨脹的三相混合體積不斷的變大，腔內(nèi)壓力場與外界形成壓力差瀝青從發(fā)泡腔體因壓力擠壓出去，以至于噴，4-4-1-8100g/s120