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原文传递一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法

专利名称：	一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法
摘要：	一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法，本发明属于沥青混合料物理性能的测试领域，它要解决现有流动阻力计算模型中均包含经验系数，沥青混合料中流体流动阻力计算的准确性较低的问题。牛顿流体Ergun型方程如下：通过粘性项对水力梯度的影响，计算得到A0＝72·τ2·M2，通过惯性项对水力梯度的影响，计算得到B0＝0.75·[(1‑λ2)2+0.5(1‑λ2)]·τ3·M。本发明从粘性项和惯性项两个方面构建新的流动阻力预测模型，并明确粘性项系数A0和惯性项系数B0的物理意义，从而准确计算流体在不同流速下的流动阻力。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	谭忆秋;孟安鑫;徐慧宁;邢超;杨斌;肖神清;李恒祯;石浩
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910355891.5
公开号：	CN109946443A
代理机构：	哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：	岳泉清
分类号：	G01N33/42(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法，其特征在于该计算方法按以下步骤实现：一、牛顿流体Ergun型方程如下：式中：为流体通过多孔介质的水力梯度，指沿渗透途径水头损失与渗透途径长度的比值；△p为流体通过多孔介质的压力差；L为通道的长度；ε为多孔介质的空隙率；μ为流体的动力粘度；dp为颗粒直径；u为流体流速；ρ为流体密度，A0为粘性项系数；B0为惯性项系数；二、粘性项对水力梯度的影响通过引入迂曲度反映流体在介质通道中的横向流动，流体在毛细管中流动的体积流量为：式中：R为毛细管半径；Lt为弯曲毛细管流道的实际长度；△P1为粘性项对应的压力差；迂曲度的计算公式如下： τ＝Lt/L (3) 式中：Lt为弯曲毛细管流道的实际长度；L为通道两端的直线距离；对于单孔通道，流体在单孔通道中的平均速度为：引入平均水力半径： Rh＝εdp/(6(1-ε)+4(dp/D)) (5) 式中D为通道宽度，采用工业CT获取不同层位空隙面积S，在此基础上，通过等效面积法公式(6)计算得到空隙通道平均直径，即为通道宽度D：式中，n为空隙数量；颗粒直径dp采用如下公式计算： dp＝x1·dp1+x2·dp2+…+xn·dpn (7) 式中，dpn为第n个筛网直径，xn为第n个筛网上对应的分计筛余百分率；由于边壁效应对水力梯度的影响，引入边壁效应修正系数M： M＝(1+2dp/(3D(1-ε))) (8) 由R＝2Rh，把公式(3)、(5)、(6)、(7)和(8)带入公式(4)中，得到：依据修正的Forchheimer速度关系式： v＝uτ/ε (10) 将公式(10)带入公式(9)得低流速时考虑边壁效应的流体粘性项形成水力梯度方程：三、惯性项对水力梯度的影响采用堆积单元体积的算法，分别得到颗粒间距δ和喉部等效直径do,CCP：然后分别定义水力直径dh和孔喉比λ： dh＝4Rh＝2εdp/(3(1-ε)·M) (14) λ＝do,CCP/dh (15) 突扩管段和突缩管段的压头损失分别如公式(16)和(17)所示，突扩管段的压头损失： hfe＝(1-λ2)2·v2/(2g) (16) 突缩管段的压头损失： hfc＝0.5(1-λ2)·v2/(2g) (17) 因此，流动惯性项形成的总压头损失为： hz＝hfe+hfc＝((1-λ2)2+0.5(1-λ2))·v2/(2g) (18) 结合水力半径，考虑边壁效应的影响，流体惯性项在孔喉管段上形成的水力梯度为：其中△P2为惯性项对应的压力差；四、由公式(11)和公式(19)得到流体的流动阻力计算方程为：分别得到粘性项系数A0和惯性项系数B0的表达式如下： A0＝72·τ2·M2 (21) B0＝0.75·[(1-λ2)2+0.5(1-λ2)]·τ3·M (22) 将粘性项系数A0和惯性项系数B0代入牛顿流体Ergun型方程(1)中，从而完成沥青混合料中流体流动阻力的计算。 2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法，其特征在于步骤二中迂曲度的计算通过迂曲度与空隙率间的关系式τ＝ε-0.5进行计算。 3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法，其特征在于步骤二中颗粒等效直径dp的计算中采用的筛网直径分别为：0.075mm，0.15mm，0.3mm，0.6mm，1.18mm，2.36mm，4.75mm，9.5mm，13.2mm和16mm。 4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法，其特征在于步骤二中采用工业CT获取不同层位空隙面积S，层位间隔设置为1mm。 5.根据权利要求1所述的一种沥青混合料中流体流动阻力的计算方法，其特征在于步骤四中当M＝1时，则不考虑边壁效应。
所属类别：	发明专利