混凝土泵车输料管中两相流数值模拟研究.pdfVIP

学兔兔 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—0025—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。 4 Q (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