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原文传递 Permeability Study of Open Graded Friction Course(OGFC)Based on 3D Flow Simulation Model

论文题名：	Permeability Study of Open Graded Friction Course(OGFC)Based on 3D Flow Simulation Model
关键词：	沥青路面;开级配抗滑磨耗层;渗透性;导水率
摘要：	开级配抗滑磨耗层(OGFC)渗水沥青路面是减少道路网雨水存积最有效的措施之一。这种路面的排水性能取决于沥青层的渗透性，渗透率和导水率的估算和评价对能把雨水引流到排水系统的OGFC的设计和质量评价有重要的指导意义。　　测试渗透率一般采用恒水头渗透性试验和降水头渗透性试验两种方法。然而，近年来的许多研究表明，由于实验室内恒定水头渗透性试验只考虑了垂直方向的水流，而忽略了横向方向的水流，导致实验室内试验计算的渗透率往往大于现场试验的数据。一些研究人员开始利用微观结构模型和计算模拟来研究OGFC混合物中的水流，从而求得其渗透率。然而，利用ABAQUS、ANSYSCFX、ANSYSFLUENT、FLOW3D等软件同时进行水平方向和垂直方向上渗透率计算的研究还较少。此外，有很多影响OGFC的渗透率的参数也必须被考虑:包括孔隙率、骨料颗粒的大小和形状、粘合剂和添加剂的类型以及试件的厚度等。因此，本研究旨在从水平方向和垂直方向上对OGFC渗透率和导水率进行模拟计算，研究提高OGFC渗透率的最有效因素。为了实现这一目标，我们对12个具有不同几何形状和不同孔隙率的OGFC立方试样进行了水平和垂直渗透率模拟。　　采用AnsysWorkbench19.2中的DesignModeler软件对这12个立方体试件进行建模，其中将骨料和粘合剂视为非对称固体颗粒。为了研究骨料尺寸的影响，我们把其中四个样本定义成固体颗粒状的小尺寸骨料，另外八个样品为大尺寸骨料。为了研究样本厚度的影响，我们把其中八个样本设置为30mm，另外四个厚度为45mm。将每个试样导入AnsysFluent中，然后根据试样的颗粒形状进行网格划分，通过AnsysFluent，采用计算流体力学(CFD)对十二个试件进行了层流模拟。每次模拟，都计算出了水平和垂直方向上的雷诺数、渗透率(K)和导水率(k)。　　计算结果显示:水平方向的渗透率高于垂直方向的渗透率;渗透率随着骨料尺寸的增加而增加;大骨料尺寸和大厚度(45mm)的样品具有最大的渗透率。此外，孔隙率并不是影响沥青层渗透性的唯一因素，而骨料的大小和试件的厚度是影响渗透率的更为重要因素。孔隙率越高，OGFC沥青的渗透率越高。原因是骨料的大尺寸导致孔隙分散减小，从而提高了渗透率。研究还发现，随着孔隙直径和百分比的增大，孔隙内的流速降低而流动压升高。此外，随着骨料尺寸的增大，流速增大，而流动压力降低。在低输入压下，纵向和横向的流速和雷诺数很低，流体是可以近似为层流的。我们的计算结果也表明，利用Ansys-Fluent计算得到的渗透率值与前人研究的实测值吻合较好。
作者：	OMAR HAMED TAHA HAMED ELKHATEEB
专业：	道路与铁道工程
导师：	张淑文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2021