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发泡条件对基质沥青发泡膨胀率的影响

韩跃杰 丁智勇 吴优 李俊

韩跃杰, 丁智勇, 吴优, 李俊. 发泡条件对基质沥青发泡膨胀率的影响[J]. 交通运输工程学报, 2019, 19(3): 19-26. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.03.003
引用本文: 韩跃杰, 丁智勇, 吴优, 李俊. 发泡条件对基质沥青发泡膨胀率的影响[J]. 交通运输工程学报, 2019, 19(3): 19-26. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.03.003
HAN Yue-jie, DING Zhi-yong, WU You, LI Jun. Influence of foam condition on foam expansion rate of base asphalt[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2019, 19(3): 19-26. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.03.003
Citation: HAN Yue-jie, DING Zhi-yong, WU You, LI Jun. Influence of foam condition on foam expansion rate of base asphalt[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2019, 19(3): 19-26. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.03.003

发泡条件对基质沥青发泡膨胀率的影响

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.03.003
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFC0802208

详细信息
    作者简介:

    韩跃杰(1978-), 男, 山东潍坊人, 工学博士, 从事道路材料研究

    通讯作者:

    丁智勇(1977-), 男, 陕西西安人, 长安大学副教授, 工学博士

  • 中图分类号: U414

Influence of foam condition on foam expansion rate of base asphalt

More Information
  • 摘要: 通过建模软件Solidworks对沥青发生装置进行三维建模, 采用有限元仿真软件Fluent分析了不同参数条件下基质沥青的发泡过程, 并对比了试验结果和仿真结果, 分析了应用有限元仿真技术研究基质沥青发泡膨胀率的可靠性; 对发泡腔和发泡腔内各流体材料进行有限元仿真, 利用Fluent中的后处理功能得到了发泡腔的温度、速度、压力和各相的分布云图。仿真结果表明: 在整个发泡过程中, 基质沥青温度的增大使沥青黏度下降, 发泡腔内水蒸汽增加, 当基质沥青温度从120℃升高到160℃时, 基质沥青的发泡膨胀率从4增大到11, 说明基质沥青温度的变化对其发泡膨胀率的影响很大; 基质沥青流量的增大起到增加发泡腔内基质沥青总量和减少基质沥青之间相互接触时间和接触面积的作用, 当基质沥青入口流量从60 g·s-1增大到120 g·s-1时, 基质沥青的发泡膨胀率为7~11, 表明基质沥青流量的变化对其发泡膨胀率的影响很大; 当用水量从2.0%增大到3.5%时, 基质沥青的发泡膨胀率基本不变, 说明用水量对基质沥青发泡膨胀率的影响不大; 仿真得到的最低发泡膨胀率为3.57, 此时发泡条件参数分别是基质沥青流量为120 g·s-1, 基质沥青温度为120℃, 发泡用水量为3.0%。

     

  • 图  1  基质沥青发泡实体

    Figure  1.  Base asphalt foaming entity

    图  2  发泡腔模型

    Figure  2.  Foaming cavity model

    图  3  发泡腔网格划分

    Figure  3.  Grid division of foaming cavity

    图  4  网格质量检查

    Figure  4.  Grid quality inspection

    图  5  基质沥青发泡过程模型

    Figure  5.  Base asphalt foaming process model

    图  6  基质沥青发泡过程网格划分

    Figure  6.  Grid division of base asphalt foaming process

    图  7  腔体内部温度分布

    Figure  7.  Temperature distribution inside cavity

    图  8  腔体内部速度分布

    Figure  8.  Velocity distribution inside cavity

    图  9  腔体内部的压力分布

    Figure  9.  Pressure distribution inside cavity

    图  10  腔体内部各相分布

    Figure  10.  Distributions of each phase inside cavity

    表  1  仿真试验初始参数

    Table  1.   Initial parameters in simulation experiment

    初始参数 气压/MPa 水压/MPa 含水量/% 沥青温度/℃ 入口直径/mm 出口直径/mm 喷射时间/s
    数值 0.3 0.4 2 160 4 8 5
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    表  2  仿真试验中材料参数

    Table  2.   Material parameters in simulation experiment

    材料类型 空气 热沥青
    温度/K 298.15 298.15 433.15
    动力黏度/ (Pa·s) 1.789 4×10-5 1.003 0×10-3 0.220 0
    密度/ (kg·m-3) 998.00 3.53 1 050.00
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    表  3  基质沥青材料参数

    Table  3.   Material parameters of base asphalt

    参数 密度/ (kg·m-3) 比热容/[J· (kg·K)-1] 热导率/[W· (m·K)-1]
    数值 1 050 1 340 0.17
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    表  4  基质沥青发泡膨胀率试验数据

    Table  4.   Experimental data of base asphalt foam expansion rate

    基质沥青流量/ (g·s-1) 80 100 120
    发泡膨胀率 7.15 10.23 10.42
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    表  5  基质沥青发泡膨胀率仿真结果

    Table  5.   Simulation data of base asphalt foam expansion rate

    基质沥青流量/ (g·s-1) 80 100 120
    发泡膨胀率 6.95 11.14 9.28
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    表  6  仿真与试验结果的相对误差

    Table  6.   Relative errors between simulation and experiment results

    基质沥青流量/ (g·s-1) 仿真发泡膨胀率 试验发泡膨胀率 相对误差/%
    80 6.95 7.15 2.8
    100 11.14 10.23 8.9
    120 9.28 10.42 10.9
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    表  9  基质沥青发泡初始条件

    Table  9.   Initial condition of base asphalt foaming

    参数 气压/MPa 基质沥青流量/ (g·s-1) 基质沥青温度/℃ 发泡用水量/%
    数值 0.3 60、80、100、120 120、130、140、150、160 2.0、2.5、3.0、3.5
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    表  10  基质沥青流量为60 g·s-1时的发泡膨胀率

    Table  10.   Foam expansion rates when base asphalt flow rate is 60 g·s-1

    用水量/% 不同基质沥青温度(℃) 下的发泡膨胀率
    120 130 140 150 160
    2.0 7.17 8.15 9.18 9.21 9.26
    2.5 7.17 8.15 9.16 9.21 9.26
    3.0 7.17 8.14 9.13 9.20 9.25
    3.5 7.17 8.13 9.12 9.20 9.23
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    表  11  基质沥青流量为80 g·s-1时的发泡膨胀率

    Table  11.   Foam expansion rates when base asphalt flow rate is 80 g·s-1

    用水量/% 不同基质沥青温度(℃) 下的发泡膨胀率
    120 130 140 150 160
    2.0 5.38 6.12 6.85 8.05 6.95
    2.5 5.38 6.12 6.84 8.04 6.95
    3.0 5.37 6.11 6.82 8.04 6.93
    3.5 5.37 6.11 6.82 8.04 6.93
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    表  12  基质沥青流量为100 g·s-1时的发泡膨胀率

    Table  12.   Foam expansion rates when base asphalt flow rate is 100 g·s-1

    用水量/% 不同基质沥青温度(℃) 下的发泡膨胀率
    120 130 140 150 160
    2.0 4.36 6.43 8.22 9.61 11.15
    2.5 4.35 6.43 8.22 9.63 11.16
    3.0 4.35 6.46 8.21 9.72 11.07
    3.5 4.35 6.42 8.21 9.61 11.05
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    表  13  基质沥青流量为120 g·s-1时的发泡膨胀率

    Table  13.   Foam expansion rates when base asphalt flow rate is 120 g·s-1

    用水量/% 不同基质沥青温度(℃) 下的发泡膨胀率
    120 130 140 150 160
    2.0 3.59 5.36 6.85 8.14 9.29
    2.5 3.58 5.36 6.85 8.13 9.29
    3.0 3.57 5.35 6.83 8.12 9.28
    3.5 3.57 5.33 6.82 8.12 9.24
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-08
  • 刊出日期:  2019-06-25

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