沥青传热与流动特性的数值模拟与实验研究

发布时间：2020-11-15 18:35

　　沥青作为原油精炼过程的副产品,是重要的道路工程材料。一般沥青产地与用户所在地距离较远,沥青需经历较长时间的运输过程。沥青属于非牛顿流体,在不同温度下的形态具有较大的差异。运输时间较长时,向外界环境散热导致沥青的温度降低,罐车内沥青凝结为固态。此时,沥青流动性能变差,无法直接卸载,需加热使其具有一定的流动性才可以进行卸车。不同于一般的牛顿流体,沥青在加热过程中粘度会发生剧烈的变化,具有比较复杂的传热特性。研究沥青的传热及流动特性对沥青的运输、加热、使用有十分重要的意义。本文以70号道路沥青为研究对象,对其在罐体内的加热过程进行研究,主要研究工作及成果如下:1.沥青作为非牛顿流体,本文重点分析了沥青的流变特性及粘温关系,获得了沥青粘度随温度变化的关系曲线以及在不同剪切速率下的粘度变化关系。同时,从传热特点及经济两方面对沥青现有的主要加热方式进行了比较分析。2.设计并开展了沥青罐体电加热实验,并对实验结果进行了分析,获得了沥青传热过程特性:高粘度沥青加热开始时,自然对流现象很微弱,随着沥青温度升高,沥青的粘度降低,自然对流作用增强。研究了热源位于空间中上部时对加热过程的影响,结果表明在罐体中部布置热源并不能加快加热过程。研究了罐体底部布管数量对加热过程的影响,在相同功率下可以采用较少数量的加热管。3.使用Fluent数值模拟软件,对沥青在罐体内的非稳态加热过程进行了数值模拟。使用了变粘度方法,获得的模拟结果与实验结果基本一致:在加热过程中,实验和模拟得到的沥青温度分布相同,Nu数偏差较小;实验与模拟得到的Ra数相差较小,流动状态在整个加热过程中相同。4.设计了 GL70型沥青罐车电加热系统,并利用新的模拟方法对沥青罐车加热过程进行了数值模拟,获得了沥青的温度分布及加热完成时间,计算结果为沥青罐车电加热系统设计提供参考。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U414
【部分图文】：

流变曲线,胀塑性流体,假塑性流体,流体

通常０＜ｃ＜ｌ。ｃ＝ｌ时流体为牛顿流体，质越明显，沏青材料大部分属于假塑性流体。??性流体。胀塑性（ｄｉｋｔａｎｔ）流体随剪切速率的增大，表过原点，流变方程与假塑性流体相同：??？７＝Ｗ（，）Ｃｌ。胀塑性流体主要包括粘土浆、湿砂、淀粉水溶液等，姆性流体。宾汉姆性流体（ｂｉｎｇｈａｍ?ｂｏｄｙ）是宾汉姆有些塑性流体在克服了屈服极限以后成了粘性体。它ＴＪ＾（Ｔ－Ｔ〇）／ｒ表需要克服的屈服应力，当应力值超过该值，流体才１－１为四种不同流体的流变曲线。??

测试曲线,热分析仪

建立两者之间的无温差条件需要供给能量；也就是在程序控制温度下，测量输入到??试样和参比物之间的能量差随温度变化的函数关系［４５］。热重法（ＴＧ）又称为“热??天平”，是利用程序控制物质温度测量其质量以及温度关系的一种技术。图２－１为??ＳＥＴＡＲＡＭ公司的ＴＧ－ＤＳＣ同步热分析仪，图２－２为沥青的加热升温过程曲线。??｜??图２－１?ＴＧ－ＤＳＣ同步热分析仪??利用该仪器对样品沥青进行了测试，得到了?３０－１６０°Ｃ的沥青加热升温过程曲??线，如图２－２所示，横坐标为温度，纵坐标为不同温度下的输出电信号（可按一定??关系折算成对应的热量变化）。从图２－２中可以看出，由于沥青是由几种不同物质??３．５????——７０Ａ沥青热流??３０?■?——９０Ａ沥青热流??２５??＞?２０?－?广ｚ??§?：：?［??０．５?－??〇．〇????［￣？?１?＜?１???１?？?１???１???１???２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０?１６０??样品温度／°ｃ??图２－２两种沥青的ＴＧ－ＤＳＣ测试曲线??１４??

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