喷洒乳化沥青的内混式喷嘴雾化特性研究

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在道路养护作业中,利用沥青路面热再生摊铺技术将再生沥青摊铺到工作路面之前,需要在工作路面上喷洒一层乳化沥青,用来提高工作路面的粘性,使再生沥青和工作路面能够更好的粘合。作为喷洒系统中的核心部件,喷嘴的结构参数和工作参数对乳化沥青的喷洒效果有着重要的影响。本文模拟仿真了内混式喷嘴对乳化沥青的雾化过程,得到了内混式喷嘴对乳化沥青雾化特性的影响规律。主要进行了以下几点研究:(1)简要介绍了乳化沥青的雾化机理和数值模拟的数学模型;选取了内混式喷嘴的供气压力、乳化沥青流量、混合腔长度和半球直径作为变化参数,分别对乳化沥青在不同参数值下喷嘴内部流场中的流动过程进行数值模拟,得到高压空气和乳化沥青在喷嘴内部的分布区域和速度在轴向和径向上的变化规律;增大供气压力和减小乳化沥青流量均会促进乳化沥青在喷嘴内部的初次雾化效果,增大喷嘴出口处的气液相对速度;随着混合腔长度的增加,喷嘴内部的初次雾化效果逐渐增强,出口处的气液相对速度逐渐下降;随着半球直径的增加,乳化沥青在喷嘴内部的初次雾化效果逐渐增强,半球直径较大或较小时,均会使截面两侧的气相速度增大,进而增大气液相对速度。通过分析计算得到喷嘴出口上的气液两相参数值,为雾化流场模拟时边界条件的设定提供依据。(2)确定评价雾化特性的各项指标;根据喷嘴的结构和内部流场模拟计算的结果设定雾化流场数学模型的边界条件,对乳化沥青的二次雾化过程进行直观的数值模拟;得到了内混式喷嘴不同的参数对乳化沥青雾化特性的影响规律:随着供气压力的增加,乳化沥青达到完全雾化状态需要的时间越短;当供气压力为0.5MPa时,乳化沥青液滴的雾化角和粒径基本达到最好;在喷嘴出口下游的轴向方向上,随着轴向距离的增加,液滴粒径呈现先逐渐减小后又增大的变化趋势。随着乳化沥青流量的增加,液滴的速度逐渐减小,分布范围呈现先逐渐增大后又减小的变化趋势;随着混合腔长度的增加,在底面上形成的液膜范围逐渐变窄,液膜分布的均匀性有所提高;随着半球直径的增大,底面液膜的分布范围逐渐变广,分布的均匀性也逐渐变好,但同时也会导致液滴的粒径变大。(3)搭建乳化沥青雾化特性测试实验系统,依据数值模拟时喷嘴各参数值的选择,进行了实验方案的设计;通过对实验得到的雾化特性与数值模拟得到的雾化特性进行对比和相关性分析,验证了选用的数学模型对乳化沥青雾化过程模拟的可靠性较高。
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