原文传递
电加热沥青传热及流动特性的实验与模拟研究
| 论文题名： | 电加热沥青传热及流动特性的实验与模拟研究 |
| 关键词： | 电加热沥青;自然对流;传热特性;分层加热;数值模拟 |
| 摘要： | 沥青是一种重要的基础建设材料和有机胶结材料，其在道路建设中发挥着关键作用。高温沥青在储存和运输过程中会不断地向环境散热，从而导致沥青温度降低，黏度变大，流动性变差，卸载难度增大。在工程实践中，为了使沥青顺利地从罐内排出，必须对沥青进行加热处理，使其具有一定的流动性。因此对沥青加热过程中的传热及流动特性进行研究，具有十分重要的实际意义。 本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法研究低温沥青加热软化现象，旨在为工程中沥青输运罐的加热与卸装提供数据支撑。 本文设计并搭建了沥青电加热模型实验系统，以模型加热箱模拟工程实际中的沥青输运罐，研究不同加热条件下低温沥青受热软化到完全融化的过程，通过测量加热箱内特定点上的温度变化分析沥青的受热特性，讨论了不同沥青初始温度和加热功率对其受热特性的影响。实验结果表明：低温沥青在加热过程中，沥青温度由下向上逐层升高，容器内存在明显的低温区和高温区。在高温区内，换热以自然对流为主；在低温区，换热以导热为主；二者之间存在一温度梯度很大的过渡区；增大加热功率有利于提高高温区沥青的稳定温度和沥青升温速率，冷冻现象对沥青的加热过程影响较小；瑞利数（Ra）能够反映沥青自然对流的强弱，当沥青温度相对稳定时，Ra保持相对稳定。 以沥青电加热实验为原型，利用Fluent软件对加热箱内沥青的加热过程进行二维非稳态数值模拟，考虑沥青的黏温关系，采用变黏度方法模拟沥青加热过程，并将模拟结果与实验结果进行对比，验证了模拟结果的准确性，进而分析了沥青加热过程中的温度场与流场变化规律。沥青加热过程中出现了明显的由下向上逐层升温的现象，其向上推进的速度保持在0.933mm/min左右，过渡区厚度保持在30mm左右。加热初期，在加热管附近形成规则对称的漩涡，随着加热过程进行，受壁面影响，侧壁附近的流场出现扰动，旋涡形状变得不规则，扰动逐渐向内传播，从而使得流场区域紊乱；在初始温度相同时，加热管功率越大，沥青整体升温速率越高，沥青融化区的稳定温度越高。 针对沥青融化过程中存在局部温度过高而整体融化速度缓慢的问题，本文在加热管数量保持不变的前提下，将三根加热管移至加热箱中部，从而实现对沥青的分层加热，并通过实验与模拟分析了结构优化后的沥青加热特性。研究结果表明：采用分层加热方式以后，加热箱内同时出现两个高温区，从而使沥青沉降时间提前，融化速率增大，整体融化时间缩短，且融化区沥青的最高温度较优化前有所降低；加热功率越大，沥青融化区域越大，沥青融化后的稳定温度也越高。 |
| 作者： | 赵书敏 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 刘宏升 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
