搅拌器混凝土沸腾特征模拟分析.pdf
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1、第 9卷第 2期 2 0 1 1年 6月 中国工程机械学报 C HI NE S E J O U R N A L O F C O N S TR UC T I O N MA C H I N E R Y Vo 1 9 NO 2 J u n 2 0 1 1 搅 拌器 混凝 土沸腾特征模拟分析 田晋跃 , 王先锋 , 杨宝林 ( 1 江苏大学 工程机械研究所 , 江苏 镇江 2 1 2 0 1 3 ; 2 江苏华通动力重工机械有限公 司, 江苏 镇江 2 1 2 0 0 2 ) 摘要 : 影响混凝土拌合料质量参数较多, 昆 凝土流动特性对生产工艺流程和产品质量等有着重要影响 为提高 混凝土的拌合质量 ,
2、 基于流体动力学原理, 通过搅拌器试验观察构建数值模型, 提出混凝土搅拌过程的流体特 性, 引入混凝土拌合中的沸腾概念, 对混凝土多相流脉动现象和基本特征进行数值模拟分析 在一定条件下沸腾 多相流体系统参数将在时域上出现脉动, 包含高频和低频成分 脉动高频成分由搅拌运动动力学参数产生, 而低 频成分则是由混凝土的级配参数产生 搅拌器的工作速度、 拌合料密度等对脉动特征有实质性影响 关键词:混凝土; 多相流体;搅拌; 脉动特征; 中图分类 号:T U 5 2 8 0 6 文献标识码 : 数值模拟 A 文章编 号 : 1 6 7 25 5 8 1 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 1 6 20
3、4 l - l 1 I t S O1 1 i ng pr ope r t y S l m U1 at l on and anal ys l S 0n Concr e t e m 1 Xer s T I AN J i n y u e 。W AN G Xi a n f e n g 。Y AN G B a o t i n 。 ( 1 I n s t i t u t e o f C o n s t r u c t io n E q u i p me n t R e s e a r c h , J i a n g s u U n i v e r s i t y , Z h e n j i a n g 2
4、 1 2 0 1 3 , C h i n a 2 H u a t o n g K i n e t i c e s C o L t d , Z h e n j ia n g 2 1 2 0 0 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t As a n u mb e r o f p a r a me t e r s s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e t h e q u a l i t y o f c o n c r e t e mi x t u r e s , t h e c o n c r e t e f l u i d i
5、 t y i mp a c t s mu c h o n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s a n d p r o d u c t q u a l i t y To i mp r o v e t h e c o n c r e t e mi x t u r e q u a l i t y , a n u me r i c a l mo d e l i s e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e o b s e r v a t i o n a n d f l u i d d y n a mi c s B y
6、 s p e c u l a t i n g t h e f l u i d p r o p e r t i e s i n c o n c r e t e mi x i n g p r o c e s s , a b o i l i n g c o n c e p t i o n o f c o n c r e t e mi x t u r e s i s i n t r o d u c e d I n t h i s wa y, t h e mu l t i p h a s e p u l s a t i o n a n d b a s i c p r o p e r t i e s a
7、r e n u me r i c a l l y s i mu l a t e d Un d e r s p e c i f i c c o n d i t i o n s , t h e s y s t e m p a r a me t e r s o f mu l t i p h a s e b o i l i n g f l u i d, i n c l u d i n g h i g h a n d l o w f r e q u e n c y c o mp o n e n t s , a r e p u l s a t e d a l o n g t i me d o ma i n
8、 I n p a r t i c u l a r , t h e h i g h - f r e q u e n c y p u l s a t i o n i s d e r i v e d f r o m t h e mi x i n g d y n a mi c a l p a r a me t e r s , wh e r e a s t h e l o w f r e q u e n c y p u l s a t i o n i s r e s u l t e d f r o m t h e c o n c r e t e g r a d a t i o n p a r a me
9、t e r s Th e r e i n, t h e mi x e r wo r k i n g s p e e d a n d mi x i n g d e n s i t y d e l i v e r s u b s t a n t i a l i mp a c t s u p o n p u l s a t i o n p r o p e r t i e s Ke y wo r d s :c o n c r e t e;mu l t i p h a s e f l u i d;mi x i n g;p u l s a t i o n p r o p e r t y ;n u me r
10、 i c a l s i mu l a t i o n 混凝土流动特性是混凝土搅拌设备设计和运行中的 1 个经典问题 国内许多学者对混凝土搅拌特性 的研究大多集 中在设备结构的特性和优化上 , 基本没有涉及混凝土流动特性试验研究 , 缺乏与混凝土拌合 过程的基本物理参数本质分析探讨, 同时混凝土拌合过程试验难度大, 基本物理参数的试验测试方法较难 以实施 , 试验测试基本参数均为驱动转轴转矩 本文以搅拌器中混凝土多相流动脉动现象的试验观测, 将混凝土在搅拌过程中的多相流动脉动现象 分为密度波型脉动和压降型脉动, 尝试从基本相变过程入手, 讨论搅拌器中混凝土多相流脉动现象与基本 相变现象间的关系
11、 基金项 目: 镇 江市工业科技攻关资助项 目( G Y 2 0 0 8 0 0 6 ) 作者简介 :田晋跃 ( 1 9 5 8一) , 男 , 教授 E - ma i l : t i a n j i n y u e u j s e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 田晋跃, 等: 搅拌器混凝土沸腾特征模拟分析 搅拌器工作过程分析 双卧轴搅拌器物料 流在搅拌过程 中的整体 流动趋 势 , 如图 1 所示 当搅拌器螺旋叶片绕水平轴旋转 时产 生对物料的向上翻动 , 轴 向力 的作用将物 料沿水平轴 推向中间和另 一端 这样搅拌筒 内物料
12、的运 动形成复 杂的运动轨迹 , 加上端面叶片的作用 , 使物料的运动轨 迹更为复杂, 搅拌作用更加激烈, 即出现混凝土的沸腾 现象, 达到拌合均匀的高质量的混凝土 2 数值模 拟 图1双卧 轴 搅 拌 器 搅拌 料流 特点 Fi g 1 Ch a r a c t e r i s t i c o f flo wi n g ma t e r i a l i n d o u b l e - h o r i z o n t a l s h a f t s s t i r r e r 2 1 建模 建模基本参数l_ 1 : 轴材料密度 lD =7 8 t m一, 物料密度 l0 2 =2 0 t m,
13、 轴材料弹性模量 E=2 1 0 G P a , 阻尼 C 。 : 3 5 0 0 N s m, 轴直径 d= 1 2 0 m m, 轴长度 L=1 6 0 0 m m, 搅拌刮板长、 高、 宽分别为 c =4 7 0 mm, h=9 0 mm, b=1 5 mm, 搅拌臂单轴相位为 6 0 。 , 叶片和搅拌臂 的安装角为 4 5 。 ( 即叶片的轴 向 角) , 每根轴上各有 6组搅拌臂和叶片 物料与搅拌臂和刮板之间的间隙 =0 0 0 1 mm, 轴转动速度 = 3 0 rrai n 轴质量 =7 c d 。 L p 4 , 轴段长度 f =L 5 ( j=1 , 2 , 3 , 4 ,
14、 5 ) , 轴截面惯性矩 工 =兀 d 6 4 , 搅拌臂和刮板 等效偏心质量 mo =l h b p 1 ( =1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) , 搅拌臂和刮板等效偏心距 e 7 =2 I 3( =1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) , 搅 拌臂等效振动质量 mj =l h b p 1 +m。 5 ( j =1 , 2 , 3 , 4 ) , 刮板等效振动质量 m2j =t h b p 1 +m l O ( j = 5 , 6 ) 2 2 数值计算模型 对搅拌器进行三维建模 , 采用非结构化 网格对流域进行离散化处理 , 为了提高计算精度 , 对叶片、 交界 面
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