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原文传递基于沥青特性的有限空间内沥青加热研究

论文题名：	基于沥青特性的有限空间内沥青加热研究
关键词：	有限空间内沥青加热;沥青特性;加热试验;模型验证
摘要：	研究沥青加热过程对沥青运输、加热设备研发以及优化有重要意义，但在现阶段研究人员对沥青加热的研究中，重视加热设备结构方面对沥青温度场的影响，忽略沥青自身的相关指标对温度场的影响，在沥青加热的数值模拟粘度设置中，粘度通常设定为一个流体定值，忽略了粘度值在加热过程中变化极大的情况；相关热物性参数在设置中根据以往经验选取，忽略随温度变化的影响，导致沥青温度场模拟结果失真，且缺乏对模拟结果的验证。因此，本文从沥青自身特性出发，对有限空间内沥青的加热过程进行研究，同时对有限空间内加热沥青的模型进行了修正，并设计加热实验对模型进行验证。本文选择烘箱作为沥青设备加热，主要研究步骤与成果如下：　　首先，本文通过分析烘箱加热沥青的传热方式，得到了烘箱加热沥青的传热模型，进一步通过模型分析得到了影响沥青加热的沥青指标：粘度、导热系数、比热容与热膨胀系数，并对粘度进行分类，确定了沥青加热指标中的粘度为表观粘度。　　其次，以壳牌70号基质沥青、昆仑90号基质沥青与SBS改性沥青为研究对象，对不同温度影响沥青加热的沥青指标进行了测试，并对其随温度的变化进行了排序与分析，之后对与温度呈函数关系的指标进行了拟合，其中：用Saal粘温关系对三种沥青的粘温关系进行了拟合，对比热容与温度的关系进行了线性拟合，并确定了在200℃内热膨胀系数取定值为6.1×10-4mL/（mL/·℃)，由于导热系数与温度没有明显的函数关系，本文没有对其与温度的关系进行拟合。　　再次，通过DSC实验测试了三种沥青的相变温度范围，并通过昆仑90号基质沥青的四组分进行了DSC试验，结果表明引起基质沥青相变的组分为芳香分与饱和分，其中饱和分影响最大。设计了恒温下的加热实验，对烘箱的温度分布、沥青的温度与升温速率随加热时间的变化进行了分析，研究结果表明：沥青升温速率-时间曲线会在相变温度那段时间形成一段低于前后升温速率的“波谷”，SBS改性沥青相变温度大其“波谷”范围也最大。对沥青加热过程的自然对流计算得到沥青瑞利数Ra小于109，表明沥青的流动状态为层流，沥青的努塞尔数Nu随加热时间增加而增加，表明沥青的自然对流作用随时间逐渐加强。　　最后，结合传热方式用COMSOLMultiphysics软件建立了烘箱加热沥青的热流耦合模型，将前文所测沥青加热指标随温度变化关系带入到模型中，并仿照烘箱PID控制系统给模型设置了保温，运行计算机得到了沥青加热过程的温度场，将模拟沥青的三测点CH01、CH05与CH06的温度－时间曲线与试验结果进行对比，结果表明模拟与实测差别不大，模型验证成功。以壳牌70号基质沥青为代表，通过温度等值线、温度等值面对沥青温度场进行研究，结合速度场得出沥青粘度通过影响沥青内的自然对流来影响沥青的温度场。进一步通过设置不同沥青温度下的粘度、导热系数与比热容，研究其对沥青温度场的影响，并给出沥青热流耦合模拟中沥青参数设置的推荐数值。
作者：	寇元德
专业：	交通运输工程
导师：	张宜洛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022