混凝土泵车输料管中两相流数值模拟研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com混凝土泵车输料管中两相流数值模拟研究★口郭大猛口刘杰口陈秀峰东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004摘要：混凝土泵车输送管中的混凝土流动为典型的两相流，目前对其流动特性研究只能通过半经验的实验方法。通过建立基于双流体混凝土两相流模型，进行了输料管多相流场的数值模拟，为混凝土泵车输料管数字化设计和输送性能研究提供了定量化、可视化的设计模型。对混凝土泵车输料管设计和浇筑实验提供了理论基础。关键词：混凝土泵车输料管两相流数值模拟中图分类号：0242．1；0359文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)10—00

2、25—03由于在浇筑过程中输料管内的混凝土属于典型的过转台后，再穿过转两相流，在较高的工作压力下，会对臂架产生很大的冲台立柱与第一节臂击振动，所以研究混凝土砂浆的流动对臂架系统的影铰接，输料管沿臂架响是很有必要的。传统求解两相流的方法主要有两种：方向分别固定在各一是建立两相流的数学模型，经过复杂冗长的化简后节臂杆上，各节臂杆求出其解析解；二是通过实验和经验公式来解决两相的输料管又通过回流问题。但是由于流体流动特性比较复杂，实验方法比转接头与相邻臂杆较复杂和昂贵，因此数值模拟被广泛地应用于流体特的输料管相连，沿臂性的研究。计算流体力学(CFD)是一门用数值计算

3、方杆两侧直通臂架末法直接求解流动控制方程以发现各种流动现象规律的端。混凝土泵车的输学科。国外飞机厂商用计算流体力学取代大量实物试料管包括直管、弯验，减少了风洞试验。因此，数值模拟研究能够揭示流管、锥管及软管和管体流动的特性。近年来，国内外对多相流的研究大部分卡等，臂架上输料管仍是采用模型化数值模拟的方法。】。的布置如图1所示。混凝土由车载混凝土泵推入输料目前，在泵车混凝土输送两相流研究中，为满足混管，在压力的作用下沿管道输送到指定位置。凝土在不同方向的流畅泵送要求，通常事先进行泵送混凝土砂浆在输料管道中的流动为典型的固液两实验。这种半经验的方法，可以分析出宏

4、观参数对泵送相流问题，可以认为它是一种宾汉流体。虽然混凝土仅性能的影响，并能得出一些可以指导工程设计的重要是固体和液体两相，但是由于其中固体颗粒的尺寸大结论。但是这种方法采用经验性的分析和反复的实验小不一，并且以一定的比例混合而成，包括水、胶凝材来确定，没有以流动原理和数值解析作为理论依据，因料、砂石等，所以属于密相多相流的范畴。此设计性能无法达到最优，并且周期长，反复试验成本混凝土在输料管入口处的速度为：高【～I。4Q(1)。=—本文以混凝土泵车输料管中的输送介质为研究对象，分析了模型的适用性后，采用流体有限体积法，以式中：p为混凝土泵车的排量；r／为液压

5、泵的主容积效率，取0．96到0．98之间；d为输料管的直径。输料管为边界，在湍流模型的基础上将泥浆和固体颗粒分别处理为两种密度不同的流体，进行了基于双流固相入口的体积分数与混凝土类型有关，由于要体模型的输料管多相流场的数值模拟，为混凝土泵车输送的混凝土经过搅拌，水泥浆和固体颗粒混合比较输料管数字化设计和输送性能研究提供了定量化、可均匀，所以人口处的体积分数可认为是不变的。混凝土视化的设计模型。在输料管中流动时雷诺数较大，因此需要作为湍流处理，并且在管壁附近存在边界层。1混凝土泵车输料管系统的两相流2基于Euler—Euler模型简化泵车输料管多相混凝土泵车臂

6、架上的输料管是从中心回转接头穿流模型的分析-k国家自然科学基金资助项目(编号：50775029)收稿日期：2009年4月建立多相流模型通常使用Euler—Lagrange和Eu一机械制造47卷第542期21109／10国学兔兔www.xuetutu.comler-Euler两种方法，Euler．Lagrange法是在Euler坐标表1输料管的各节长度下考察流体相的运动，在Lagrange坐标下研究颗粒群I节数l234的运动。离散相和流体相之间存在质量、动量和能量的I长度／m87．576交换。在Euler．Euler法中，不同的相被处理成互相贯穿的连续介质。该

7、方法把颗粒作为拟流体，认为颗粒与性，各相的物理特性如表2所示；设置计算的初始条件流体是共同存在且相互渗透的连续介质，两相同在如表3所示。Euler坐标系下处理，即所谓双流体模型。表2两相流的物理特性混凝土泵车中的多相流属于密相多相流，具有较相密度／(kg·m-3)颗粒直径／m高的固体体积分数。由于颗粒相在混凝土中占有很大I流体相2800比重，所以不仅要考虑流体与颗粒的作用，而且必须同l颗粒相2960O．OOl时考虑颗粒与颗粒间的相互作用。Euler—Euler法虽然表3输料管的初始条件在处理颗粒大小变化及分布问题时存在劣势，但鉴于初始条件参数的设定泵车输料管

8、内的流动更侧重于考虑固体相的特性，所入口速度／(m·