Исследование структуры течения полимерно-битумного вяжущего, описываемого моделью Кросса, в трубе с внезапным расширением
https://doi.org/10.31675/1607-1859-2022-24-5-151-168
Аннотация
Проведено исследование течения полимерно-битумного вяжущего в трубе с внезапным расширением. При малых значениях параметра расширения в приосевой области формируется зона высоковязкого течения, в периферийной и пристеночной зонах происходит уменьшение эффективной вязкости. Процессы разрушения структурных связей, интенсивно протекающие в окрестности границы втекающей из подводящего патрубка струи, приводят к уменьшению эффективной вязкости. Формирование угловой зоны возвратных течений сопровождается ростом в ней значений эффективной вязкости.
При поддержке: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-31-90078
Об авторах
О. В. Матвиенко
Томский государственный архитектурно-строительный университет; Томский государственный университет; Томский государственный университет
Россия
Россия
Олег Викторович Матвиенко, докт. физ.-мат. наук, профессор
634003
пл. Соляная, 2
634050
пр. Ленина, 36
Томск
А. Е. Литвинова
Томский государственный университет
Россия
Россия
Алёна Евгеньевна Литвинова, аспирант
634050
пр. Ленина, 36
Томск
Н. С. Фирсанова
Томский государственный университет
Россия
Россия
Наталия Сергеевна Фирсанова, аспирант
634050
пр. Ленина, 36
Томск
Список литературы
1. Матвиенко О. В. Математическое моделирование сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2017. – № 4 (63). – С. 158−170.
2. Бабак О. Г. Применение модифицированных вяжущих в дорожном строительстве / О. Г. Бабак, Г. Б. Старков // Дорожная техника и технологии. – 2001. – № 5. – С. 72–75.
3. Галдина В. Д. Модифицированные битумы / В. Д. Галдина. – Омск : СибАДИ, 2009. – 228 с.
4. Матвиенко О. В. Математические модели производственных процессов для приготовления битумных дисперсных систем / О. В. Матвиенко, Ф. Г. Унгер, В. П. Базуев. – Томск : Изд-во ТГАСУ, 2015.
5. Polacco G., Filippi S., Merusi F., Stastna G. A review of the fundamentals of polymer-modified asphalts: Asphalt/polymer interactions and principles of compatibility // Adv. Colloid Interface Sci. 2015. V. 224. P. 72–112.
6. Русаков М. Н. Стирол-бутадиен-стирольные полимеры для автодорожного строительства в Российской Федерации / М. Н. Русаков, А. М. Исмаилов // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2020. – № 87. URL: https://www.proquest.com/openview/bf60377061fc08185e247fdd871bfc95/1?pq-origsite=gscholar&cbl=2026733
7. Sybilski D. Non-newtonian viscosity of polymer-modified bitumens // Materials and Structures 1993. V. 26. P. 15–23. DOI: 10.1007/BF02472233
8. Gabriela C. C., Glicerio T., Joao V. S. M., Matheus F. M., Liseane P. T., Lidia C. L. Evaluation of rheological behavior, resistance to permanent deformation and resistance to fatigue of asphalt mixtures modified with nanoclay and SBS polymer // Applied sciences. 2019. № 9. P. 1−16. DOI: 10.3390/app9132697
9. Матвиенко О. В. Численное исследование перехода к турбулентному режиму течения внутренних закрученных потоков битумных вяжущих / О. В. Матвиенко, В. П. Базуев, Н. К. Южанова // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2013. – № 2. – С. 132−143.
10. Матвиенко О. В. Исследование динамики пузырька в закрученном потоке нелинейно-вязкой жидкости / О. В. Матвиенко, М. В. Агафонцева, В. П. Базуев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2012. – №. 4. – С. 144–156.
11. Матвиенко О. В. Экспериментальное исследование процесса кавитации в технологических устройствах / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2015. – № 6. – С. 165−176.
12. Матвиенко О. В. Численное моделирование распада турбулентной струи в спутном закрученном потоке / О. В. Матвиенко [и др.] // Известия вузов. Физика. – 2006. – Т. 49. – № 6. – С. 96−107.
13. Матвиенко О. В. Исследование процесса модификации битума в инжекторном смесителе / О. ВЫ. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2013. – № 3. – С. 202−213.
14. Базуев В. П. Моделирование процесса модифицирования битума в кавитационно-смесительном диспергаторе / В. П. Базуев, О. В. Матвиенко, В, Л. Вороненко // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2010. – № 4. – С. 121−128.
15. Матвиенко О. В. Исследование смешения коаксиальных закрученных потоков для приготовления битумных дисперсных систем / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – № 3 (44). – С. 123−134.
16. Матвиенко О. В. Численное исследование процесса образования кавитационных пузырьков в смесительном устройстве / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – № 4 (45). – С. 231−245.
17. Garcia E. J., Steffe J. F. Comparison of friction factor equations for non-Newtonian fluids in pipe flow // J. Food Process Eng. 1986. V. 9. № 2. P. 93–120.
18. Benedict R. P., Carlucci N. A., Swetz S. D. Flow losses in abrupt enlargements and contractions // J. Eng. Power. 1966. V. 88. № 1. P. 73–81.
19. Abdelall F. F. Pressure drop caused by abrupt flow area changes in small channels // Exp. Therm. Fluid Sci. 2005. V. 29. № 4. P. 425–434.
20. Рыльцев И. А. Кинематика течения степенной жидкости в трубе переменного сечения / И. А. Рыльцев, К. Е. Рыльцева, Г. Р. Шрагер // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2019. – № 63. – С. 125–138.
21. Матвиенко О. В. Исследование установившегося течения вязкопластического битумного вяжущего, описываемого моделью Шведова − Бингама, в цилиндрической трубе / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2019. – Т. 21. – № 3. – С. 158−177.
22. Матвиенко О. В. Течение битумного вяжущего, описываемого моделью Оствальда – де Вейля, в цилиндрической трубе / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2020. – Т. 22. – № 1. – С. 171−192.
23. Матвиенко О. В. Исследование гидравлических характеристик потока водно-песчаной суспензии в трубе / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2020. – Т. 22. – № 2. – С. 129−144.
24. Матвиенко О. В. Исследование установившегося течения псевдопластической жидкости, описываемой моделью Cиско, в цилиндрической трубе / О. В. Матвиенко // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2018. – № 55. – С. 99−112.
25. Матвиенко О. В. Исследование установившегося течения высокопарафинистого битумного вяжущего, описываемого моделью Балкли − Гершеля, в цилиндрической трубе / О. В. Матвиенко, А. Е. Литвинова // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2021. – Т. 23. – № 4. – С. 79−99.
26. Матвиенко О. В. Исследование расходных характеристик установившегося течения высокопарафинистого битумного вяжущего в цилиндрической трубе / О. В. Матвиенко, А. Е. Литвинова, Н. С. Фирсанова // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2021. – Т. 23. – № 5. – С. 71−85.
27. Малкин А. Я. Реология: концепции, методы, приложения / А. Я. Малкин, А. И. Исаев. – Санкт-Петербург: Профессия, 2007. 560 с.
28. Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости / У. Л. Уилкинсон. – Москва: Мир, 1964. – 216 с.
29. Кутепов A. M. Химическая гидродинамнка : справочное пособие / А. М. Кутепов [и др.] – Москва : Бюро Квантум, 1996. – 336 с.
30. Климов Д. М. Вязкопластические течения: динамический хаос, устойчивость и перемешивание / Д. М. Климов, А. Г. Петров, Д. В. Георгиевский. – Москва : Наука, 2005. – 394 с.
31. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский. – Москва : Наука, 1987. 824 с.
32. Cross M. M. Rheology of non-Newtonian fluids: a new flow equation for pseudoplastic systems // J. Colloid. Sci. 1965. V. 20. P. 417−437.
33. Матвиенко О. В. Численное исследование структуры течения и теплообмена при закрученном течении битумно-дисперсных систем в цилиндрических каналах / О. В. Матвиенко [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – № 2 (43). – С. 80−93.
34. Матвиенко О. В. Численное исследование течения неньютоновских жидкостей в цилиндрическом канале / О. В. Матвиенко // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2014. – Т. 57. – № 8-2. – С. 183−189.
35. Matvienko O. V., Bazuev V. P., Venik V. N., Smirnova N. G. Numerical investigation of Herschel - Bulkley fluids mixing // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Advanced Materials in Construction and Engineering. Сер. «International Scientific Conference of Young Scientists: Advanced Materials in Construction and Engineering, TSUAB 2014». 2015. 012034.
36. Матвиенко О. В. Исследование теплообмена и формирования турбулентности во внутреннем закрученном потоке жидкости при низких числах Рейнольдса / О. В. Матвиенко // Инженерно-физический журнал. – 2014. – Т. 87. – № 4. – С. 908−918.
37. Матвиенко О. В. Математическое моделирование закрученного потока термовязкой псевдопластической жидкости Сиско в цилиндрическом канале / О. В. Матвиенко, А. Е. Асеева // Инженерно-физический журнал. – 2020. – Т. 93. – № 4. – С. 857−869.
38. Матвиенко О. В. Математическое исследование сепарации дисперсной фазы в гидроциклоне при очистке вязкопластических буровых растворов / О. В. Матвиенко, Е. В. Евтюшкин // Инженерно-физический журнал. – 2011. – Т. 84. – № 2. – С. 243–252.
39. Матвиенко О. В. Математическое моделирование течения закрученного потока вязкопластической жидкости в цилиндрическом канале / О, В. Матвиенко, В. П. Базуев, Н. К. Дульзон // Инженерно-физический журнал. – 2014. – Т. 87. – № 5. – С. 1129−1137.
40. Матвиенко О. В. Математическое моделирование течения закрученного потока псевдопластической жидкости Балкли – Гершеля в цилиндрическом канале / О. В. Матвиенко, В. П. Базуев, А. Е. Асеева // Инженерно-физический журнал. – 2019. – Т. 92. – № 1. – С. 215–226.
41. Матвиенко О. В. Математическое моделирование течения закрученного потока дилатантной жидкости Балкли – Гершеля в цилиндрическом канале / О. В. Матвиенко, В. П. Базуев, А. Е. Асеева // Инженерно-физический журнал. – 2019. – Т. 92. – № 6. – С. 2641–2651.
42. Матвиенко О. В. Математическое моделирование течения закрученного потока псевдопластической жидкости в цилиндрическом канале / О. В. Матвиенко, В. П. Базуев, Н. К. Южанова // Инженерно-физический журнал. – 2011. – Т. 84. – № 3. – С. 544–547.
43. Матвиенко О. В. Математическое моделирование течения закрученного потока дилатантной жидкости в цилиндрическом канале / О. В. Матвиенко, В. П. Базуев, Н. К. Южанова // Инженерно-физический журнал. – 2014. – T. 87. – № 1. – С. 192–199.
44. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидости / С. Патанкар. – Москва : Энергоатомиздат, 1984. – 150 с.
45. Van Doormal J. P., Raithby G. D. Enhancements of the SIMPLE method for predicting incompressible fluid flows // Numerical Heat Transfer. 1984. V. 7. P. 147–163.
Рецензия
Для цитирования:
Матвиенко О.В., Литвинова А.Е., Фирсанова Н.С. Исследование структуры течения полимерно-битумного вяжущего, описываемого моделью Кросса, в трубе с внезапным расширением. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2022;24(5):151-168. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2022-24-5-151-168
For citation:
Matvienko O.V., Litvinova A.E., Firsanova N.S. The Cross model of liquid polymer- bitumen binder structure in a pipe with sudden expansion. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture. 2022;24(5):151-168. (In Russ.) https://doi.org/10.31675/1607-1859-2022-24-5-151-168
Просмотров:
279
Послать статью по эл. почте 