基於格子Boltzmann方法的瀝青發泡機理研究

《基於格子Boltzmann方法的瀝青發泡機理研究》是依託同濟大學，由王安麟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於格子Boltzmann方法的瀝青發泡機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王安麟
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

泡沫瀝青再生技術作為公路建設領域的創新技術，正以其節能、環保等優勢，被世界各國廣泛關注。項目以支持開發高水平瀝青發泡裝備為最高目標,以發泡腔內高溫AH70瀝青、常溫飽和水、壓縮空氣三相介質瞬態高溫射流直接接觸的瀝青發泡過程為研究對象，研究瀝青發泡機理的定量化模型表達，通過自下而上的自組織建模理論和方法揭示瀝青發泡這一複雜非線性動力學現象。從理論上講，考慮瀝青發泡條件以及三相介質在發泡腔內的流動、傳熱以及相變等物理過程的複雜動力學效應，從瀝青發泡原理的微觀本質出發，利用格子Boltzmann方法建立瀝青發泡過程的介觀動力學模型。從套用上講，以瀝青發泡物理實驗為參照，建立瀝青發泡條件與瀝青發泡機理模型間的映射關係，驗證瀝青發泡機理模型的有效性，分析基於瀝青發泡性能評價的瀝青發泡條件和參數的敏感度。項目成果對瀝青發泡裝置的高精度控制和創新設計具有明確的套用背景和科學價值。

結題摘要

泡沫瀝青再生技術作為公路建設領域的創新技術，正以其節能、環保等優勢，被世界各國廣泛關注。項目以支持開發高水平瀝青發泡裝備為最高目標，以發泡腔內瀝青、水及空氣多組分多相傳熱射流為研究對象，利用介觀的格子Boltzmann方法（LBM）建立數值模型並結合瀝青發泡試驗，系統性地對瀝青發泡機理進行了深入研究。首先，提出了大粘度比偽勢格子Boltzmann（LB）模型，使LBM可滿足瀝青發泡過程中瀝青-水這樣大粘度比多組分流的模擬；為了實現瀝青發泡過程中多組分流體混合流動的熱傳遞，提出了一種多組分多相流傳熱LB模型；通過LBM與傳統計算流體動力學（CFD）方法在類似瀝青發泡中多入口腔內流場的模擬對比，發現LBM比傳統方法更適合這類複雜流場的研究；同時，設計並製造了一台“移動式單頭瀝青發泡試驗設備”；利用該試驗設備進行了不同發泡條件的瀝青發泡試驗；完成了面向瀝青攪拌站的瀝青發泡設備的參數化設計；隨後，利用大粘度比偽勢LB模型實現了壓力差下單氣泡通過小孔膨脹現象的模擬，從一定程度上反映了泡沫瀝青從發泡腔內到噴出腔外的動力學機理；基於LBM模擬結果與瀝青發泡試驗結果，構建了一種有效混合區域評價方法，建立了發泡腔內流場與生成泡沫瀝青的關係，對瀝青發泡機理認識及發泡設備再設計具有理論指導作用。