混凝土泵送系统弯管破损机理研究与改进

论文摘要

混凝土拖泵和泵车是工程施工中最常见的泵送混凝土设备。由于混凝土泵送距离远，管道转弯多，高度落差大，混凝土自身摩擦系数高，泵送时对管道产生极大磨损，尤其是弯管，严重时会导致堵管和爆管。因此，解决混凝土泵送系统中弯管极易磨损破坏的问题，对延长设备使用寿命，提高工作效率，避免施工中发生重大安全事故，意义重大。本文对弯管在泵送混凝土时内部所受的应力分布规律进行了深入分析并提出弯管设计改进方法。首先介绍了国内外关于材料磨损的相关理论和研究现状，其次从弯管的材料和结构等方面对弯管磨损影响因素进行了分析；在磨损机理分析研究基础上，针对混凝土泵送弯管内的非连续多相流体解析的强非线性和非连续性特征，提出拟非连续流数值模拟的解析方法；最后对弯管结构进行了设计改进。分析结果表明：多相流体对管道壁面的冲击速度以及冲击角度是造成管道磨损的主要因素。其影响程度和管道材料、多相流颗粒等多种参数有着直接关系。多相流管道中流体的连续性与否，与管道磨损情况差别很大。在非连续流中，混凝土流极易出现暂时性的离析，这也是泵送系统后半段的弯管的磨损率大大高于前段弯管的磨损率的主要原因。拟非连续流模型比较准确的解释了非连续流条件下混凝土泵送弯管寿命大大低于连续流条件下的弯管寿命的原因，并为弯管结构的再设计打下了基础。设计结果表明：通过严密的理论推导和近似精确的拟合二次和三次抛物曲线弯管结构，适当降低流体流速和压强差以及峰值压强，旨在保持流量恒定的情况下，通过改变流体流动条件以尽量减少流动中的能耗，提高弯管抗磨损能力，使整个管系的寿命得以延长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 相关理论及研究现状
• 1.2.1 冲蚀磨损理论
• 1.2.2 管道内冲击磨损
• 1.2.3 抗磨材料的发展
• 1.2.4 冲蚀磨损的影响因素
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 混凝土泵车弯管磨损影响因素分析
• 2.1 弯管材料
• 2.1.1 金属材料性质对弯管冲蚀磨损的影响
• 2.1.2 表面涂层对抗磨损情况的影响
• 2.1.3 混凝土临界速度对磨损情况的影响
• 2.1.4 现阶段材料设计及成果
• 2.2 弯管结构
• 2.2.1 弯管基本模型
• 2.2.2 弯管角度变化的影响
• 2.2.3 弯管曲率半径变化的影响
• 2.2.4 弯管直径变化的影响
• 2.3 弯管组合
• 2.3.1 正常结合弯管分析
• 2.3.2 弯管错位结合分析
• 2.3.3 突扩管影响分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 多相流条件下混凝土泵送弯管磨损机理研究
• 3.1 混凝土泵送弯管的磨损原因分析
• 3.1.1 泵送混凝土和泵送系统
• 3.1.2 多相流条件下混凝土泵送弯管磨损破坏的物理条件
• 3.2 拟非连续流数值模拟解析方法
• 3.2.1 假设条件
• 3.2.2 中小颗粒相的欧拉-欧拉模型的建立
• 3.2.3 湍流模型在欧拉-欧拉模型中的修正
• 3.2.4 大颗粒相的欧拉-拉格朗日模型的建立
• 3.2.5 模型的计算方法
• 3.3 连续、非连续多相流体条件下混凝土泵送弯管磨损机理分析
• 3.3.1 计算条件
• 3.3.2 连续多相流体条件下混凝土泵送弯管的流场解析结果
• 3.3.3 非连续多相流体条件下混凝土泵送弯管的流场解析结果
• 3.3.4 连续流和非连续流模拟结果的对比分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 弯管结构的再设计与改进
• 4.1 盲三通管道设计
• 4.2 抛物线管道设计
• 4.2.1 拟合二次曲线弯管设计
• 4.2.2 立方抛物线拟合弯管设计
• 4.2.3 椭圆度对弯管应力的影响
• 4.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢