Математическое моделирование течения битумно-дисперсных систем в трубах и каналах, процессов модифицирования битумов и получения битумных эмульсий в кавитационно-смесительном диспергаторе

• Автор: Базуев, Виктор Павлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПРИМЕНЕНИЕ БИТУМНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1.1 Области применения битумных эмульсий
1.2 Машины и оборудования для приготовления битумных дисперсных систем
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ БИТУМА И БИТУМНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ В ТРУБАХ И КАНАЛАХ
2.1. Реологические модели несжимаемых жидкостей
2.2. Уравнения движения вязкой жидкости
2.3. Численные методы решения уравнений течения вязкой жидкости
2.4. Установившееся течение неньютоновской жидкости в канале
2.5. Верификация математической модели
2.6. Численное исследование гидродинамики и теплообмена сильновязкой 51 ньютоновской жидкости
2.7. Численное исследование течения закрученного потока 64 псевдопластической жидкости
2.8. Исследование смешения коаксиальных закрученных потоков вязкой 75 жидкости
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ, ДИСПЕРСИРОВАНИЯ И КАВИТАЦИИ В КАВИТАЦИОННО-СМЕСИТЕЛЬНОМ ДИСПЕРГАТОРЕ
3.1 Механика вихревого движения жидкости
3.1.1 Кинематика завихренного движения жидкости
3.1.2 Динамика завихренного движения идеальной жидкости
3.1.3 Колоннообразные вихри в идеальной жидкости
3.1.4 Динамика завихренного движения вязкой ньютоновской жидкости
3.1.5 Модели вязких вихрей
3.2 Теоретическое исследование процесса кавитации

3.3 Динамика одиночной парогазовой полости
3.4 Устройства и оборудование для изучения возникновения кавитации
3.4.1 Лабораторная установка
3.4.2 Исследование влияния расхода жидкости на вихревое движение в кавитационно-смесительном диспергаторе
3.5 Математическое моделирование структуры течения в КСД
3.6 Исследование процесса модификации битума в КСД
3.7 Численное исследование процесса кавитации в КСД
3.8 Физико-математическая модель теплообмена и распада турбулентной
струи в спутном закрученном потоке
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Долговечность и надежность асфальтобетонных покрытий напрямую связаны с качеством битумного вяжущего, применяемого для приготовления асфальтобетонных смесей и других битумных дисперсных систем, используемых в дорожном строительстве.
Изменчивые от субтропического до резко-континентального климата условия строительства и эксплуатации автомобильных дорог в России накладывают определенные требования к битумным вяжущим или битумным дисперсным системам, применяемым в определенном районе или объекте строительства.
В России нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) выпускают в основном окисленные битумы, которые подвержены более интенсивному старению, под воздействием погодно-климатических факторов, что приводит к преждевоеменному разружению асфальтобетонных покрытий и дополнительным затратам на их восстановление.
Поэтому для повышения качественных показателей дорожных битумов приходится применять различные добавки: адгезионные присадки,
пластификаторы, полимерные добавки и другие для получения новых модифицированных вяжущих, отвечающих требованиям дорожной отрасли. С технологической точки зрения это приводит к усложнению процесса подготовки модифицированного вяжущего, установке дополнительного оборудования и дополнительным затратам.
Еще одним очень важным фактором приготовления модифицированных вяжущих является получение их однородности. В настоящее время за рубежом и в России созданы эффективные с различной производительностью установки для приготовления битумных дисперсных систем - битумных эмульсий, модифицированных битумов, которые имеют ряд недостатков: высокую
стоимость и сложное оборудование в эксплуатации.
Создание эффективного оборудования и простого технологического процесса приготовления нового битумного вяжущего или битумных дисперсных систем на основе дорожных битумов, выпускаемых НПЗ, является приоритетной задачей.

В уравнениях (2.10) р - плотность жидкости; у - скорость жидкости; р -давление; т - девиатор тензора напряжений; Рь - объемно распределенная внешняя нагрузка; г - время.
В дальнейшем нам неоднократно понадобятся уравнения движения в цилиндрической системе координат. Обозначим через г, ф, х - соответственно радиальную, угловую и осевую координаты, а через V, м>, и - составляющие скорости в направлении этих координат и выполним переход к цилиндрической системе координат. Тогда уравнения движения примут вид:
Эри 1 друг

дх г дг
Эр и2 + 1 дриуг _ др Эстх
1 (>а„

Эх Эх г дг
2 2 Эриу + 1 Эрг г _ др Эстхг 1 дгап афф ру

дг дх
дримг 1 Эрги'г

1 дг2а
(2.11) (2.12)
(2.13)
(2.14)
Эх г дг дх г~ дг г В (2.11 - 2.14) г их- осевая и радиальная координаты, стхх, ахг, а , а Гф - компоненты девиатора тензора напряжений.
При течении жидкости, описываемой ньютоновским реологическим законом, уравнения движения в напряжениях принимают вид уравнений Навье - Стокса:
г дг г
ГФ рг>г
Эр и і Эр и2 1 дриуг 1 дим>
г Эф

Э/ Эх

г дг

ди 2 дх
ди 1 дуг 1 Этт
1 1 *
Эх г дг г Эф,

г дг

ди Эу дг дх

г Эф

сНу 1 Эг

Эх г Эф
(2.15)