攪拌干預(yù)下離析乳化瀝青微粒再分散過程的數(shù)值分析.pdf

1、近年來在公路工程領(lǐng)域中乳化瀝青以其施工簡便、良好的工作性以及材料的優(yōu)越性不斷的被應(yīng)用到公路建設(shè)當(dāng)中。在投入施工使用前必須保證乳化瀝青是以穩(wěn)定均勻的乳液狀態(tài)存在，即在成品乳化瀝青儲存罐中瀝青以微粒均勻分散于乳化劑水溶液中。一般儲存罐中都設(shè)有攪拌裝置，攪拌可使儲存罐內(nèi)的乳化瀝青不斷循環(huán)流動保持穩(wěn)定均勻狀態(tài)，避免出現(xiàn)分層等現(xiàn)象，以保證乳化瀝青的正常使用。但由于多種因素影響，乳化瀝青難免會出現(xiàn)離析現(xiàn)象。
　　當(dāng)乳化瀝青儲存罐中出現(xiàn)離析現(xiàn)象

2、時，為研究在攪拌干預(yù)下使離析沉淀的瀝青微粒重新擴(kuò)散的過程并獲得混合時間，本文對此進(jìn)行虛擬試驗(yàn)分析。研究以雙層3斜葉攪拌槳為例，運(yùn)用Fluent14.0軟件，攪拌槳區(qū)域選用多重參考系法進(jìn)行處理，采用歐拉兩相流模型以及標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型等數(shù)值方法對攪拌過程進(jìn)行模擬分析。由模擬結(jié)果分析瀝青微粒分散的過程以及攪拌罐中速度場的分布規(guī)律，并得出瀝青微粒分散所需要的時間。再對攪拌槳加以改進(jìn)，分析攪拌增強(qiáng)作用下攪拌槽內(nèi)的流場變化，計算了改進(jìn)型攪拌器對混合時

3、間的影響。在乳化瀝青生產(chǎn)工藝中，瀝青微粒的粒徑一般控制在1μ m～5μ m之間，對此將瀝青微粒大小分別設(shè)置為1μm和5μm進(jìn)行模擬作為對比，分析瀝青微粒大小對混合時間的影響。綜上不同虛擬試驗(yàn)結(jié)果的研究分析如下:
　　(1)以研究選用的雙層3斜葉渦輪式攪拌器為例，當(dāng)攪拌槳的跨度為攪拌槽直徑一半時，即使在低速轉(zhuǎn)動的情況下，雙層3斜葉攪拌器在攪拌過程中也可以獲得理想的懸浮效果，計算表明在槳葉區(qū)流體的合速度量值最大，而隨著離槳葉漸遠(yuǎn)，流速

4、逐漸降低。同時整個攪拌槽內(nèi)液相呈現(xiàn)出從上層槳葉區(qū)開始由上往下循環(huán)流動且在下層槳葉區(qū)的液相由下往上循環(huán)流動的趨勢，這種軸向的流場帶動了已離析沉淀瀝青微粒的上浮，形成所需的乳化瀝青均勻混合液。不過這種混合方式所需的時間都在20分鐘左右，耗時較長。
　　(2)鑒于攪拌轉(zhuǎn)速的限制，論文將攪拌槳的槳葉長度由9cm增長至11cm，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，加大槳葉與乳化劑水溶液的接觸面。經(jīng)模擬計算分析，加長槳葉后攪拌槽內(nèi)的乳化劑水溶液形成較高的流速

5、，雙層攪拌槳轉(zhuǎn)動形成的4個渦流區(qū)域更為明顯，范圍也更廣，尤其是下層槳葉的轉(zhuǎn)動帶動的液相區(qū)域的流速明顯大于短槳葉攪拌時的流速場，而且增強(qiáng)后的循環(huán)對流場也縮短了攪拌混合的時間。瀝青析出量占70％時，混合時間相比之前從937s縮短至459s;瀝青析出量占80％時，混合時間相比之前從1242s縮短至552s;
　　(3)當(dāng)虛擬試驗(yàn)中將瀝青微粒大小改為1μm時，經(jīng)模擬計算發(fā)現(xiàn)所需混合時間比微粒大小為5μ m的耗時更長，需延長200s左右的混