[发明专利]一种判断混凝土泵送过程中堵管风险性的方法

摘要

一种判断混凝土泵送过程中堵管风险性的方法属于建筑工程中混凝土施工技术领域，预测方法包括：基于CFD+DEM耦合方法模拟混凝土在泵管中的流变状态，通过计算机不间断的迭代运算，实时导出泵管中石子与砂浆的空间分布情况。当石子在某一时刻的空间分布密集程度不均匀，出现局部空间位置石子密度骤增的情况，同时速度云图中该位置速度骤减，不再保持规定范围内的波动幅度值时，综合判断会出现堵管风险。

主权项

1.一种判断混凝土泵送过程中堵管风险性的方法，先进行以下定义：稠度指数k₁:Herschel‑Bulkley本构模型中表示稠度的一个常参数；通过流变仪对混凝土搅拌时测的扭矩和转速，通过转化，曲线拟合，得到稠度指数；雷诺数Re:是一种用来表征流体流动情况的无量纲数；屈服应力σ₀:是指对于某些非牛顿流体，施加的剪应力较小时流体只发生变形，不产生流动；当剪应力增大到某一定值时流体才开始流动，此时的剪应力称为该流体的屈服应力；通过流变仪对混凝土搅拌时测的扭矩和转速，通过转化，曲线拟合，与y轴的截距即为屈服应力；剪切应力σ:流体力学中，切应力又叫做粘性力，是流体运动时，由于流体的粘性，一部分流体微团作用于另一部分流体微团切向上的力；幂率指数n:Herschel‑Bulkley本构模型中幂的指数，在流体力学中，n是用来反映该流体是剪切变稀或稠流体的直接参数；通过流变仪对混凝土搅拌时测的扭矩和转速，通过转化，曲线拟合，取拟合方程指数部分得到幂率指数；精度N:在开源软件平台Palabos中，N控制划分底层网格的精度，N越大，表示精度越高；高度h:模拟泵送的高度；松弛因子ω:在求解流体力学中的非线性方程时，通过松弛因子ω来控制变量的变化；它控制每次迭代中变量的更改；也就是说，变量的新值是原始值加上变化量乘以松弛因子；Palabos软件平台内置其计算函数；应变速率γ:应变速率是指单位时间内的应变改变量称为应变速率或应变率；误差项ε:由局部速度场与宏观速度场之间的差值计算得到，当其越小反映速度场的收敛情况越好；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、针对不同强度等级与不同稠度指数的新拌混凝土，分别检测它们的稠度指数k₁、雷诺数Re、屈服应力σ₀和幂率指数n；步骤二、针对不同强度等级与不同稠度指数的新拌混凝土，确定该次进行CFD+DEM耦合模拟的新拌混凝土的精度N；其中CFD是采用基于Lattice Boltzmann Method即LBM方法的开源软件平台Palabos，DEM是采用开源软件平台LIGGGHTS；在Linux服务器上部署搭建以上两个软件的工作空间，使其正常工作,并相互调用后台代码从而为CFD+DEM的耦合创建编译运行环境；步骤三、针对不同强度等级与不同稠度指数的新拌混凝土，以Herschel‑Bulkley本构模型σ＝σ₀+k₁γⁿ为基础，建立新拌混凝土应力‑应变率之间的关系，导入精度N、屈服应力σ₀、雷诺数Re、幂率指数n和稠度指数k₁；步骤四、根据泵管尺寸与泵送高度h，采用开源软件Palabos建立3D泵送管道模型；应用CFD+DEM耦合模拟混凝土在泵管中的泵送状态；用Palabos模拟砂浆，掺入由软件LIGGGHTS模拟的石子，使其均匀离散化分布在砂浆中；步骤五、通过流体动力学牛顿迭代算法，模拟分析石子‑砂浆固液两相混合流相互作用，实现泵送混凝土的过程；在每一步迭代运算中，通过调用内置的获取ω的函数可计算出局部网格处的松弛因子ω，再将松弛因子作为实际参数,根据内置BGK动力学类创建BGK动力学模型对象；再通过开源软件内置多块3D类创建网格对象，其实际参数为x，y，z三轴方向上的格子数，以及上一步中创建的BGK动力学对象；格子对象调用内置的局部密度分布函数和局部速度场函数，均以x，y，z三轴方向上的格子数为实际参数；局部速度场与宏观设置的平均速度场进行差值运算，当差值逐渐接近零时，说明计算结果收敛并导出内部石子和砂浆的空间位置场和速度场，通过这两个场云图直观地形成一种基于CFD+DEM耦合后模拟得到的评价混凝土泵送顺畅性即堵管风险性的方法；具体判别标准如下：1)当石子的某一时刻的空间分布密集程度不均匀，出现局部空间位置混凝土密度骤减，即小于整体平均密度的15％时，该新拌混凝土会发生堵管；2)当石子速度场云图中某位置速度骤减，不再保持有限范围内的波动，即局部速度减小超过50％时，该新拌混凝土会发生堵管；3)若新拌混凝土的速度场云图收敛后，即局部速度场u与宏观设置的平均速度场U进行差值运算，当|U‑u|逐渐趋近于0时，该新拌混凝土适宜泵送。