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基质沥青快速升温设备的研究

作　者: 林欧
导　师: 杨人凤
学　校: 长安大学
专　业: 工程机械
关键词: 橡胶沥青传热模型 CFD PLC控制
分类号: U415.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会的发展,汽车越来越多,每年会产生大量的废弃轮胎；同时交通量的不断增加,对沥青路面的使用性能要求越来越高。如果将这些废弃轮胎的橡胶剪碎,添加到沥青中制成橡胶沥青混合料,可以明显改善沥青的路用性能,并且解决了废弃轮胎的处理难题。生产橡胶沥青时,基质沥青的加热温度,高于普通沥青混合料及SBS等改性沥青混合料的沥青加热温度,而工程中用于沥青加热的设备无法在短时间内将沥青加热到工艺要求的温度,并且能量消耗大,燃料利用率低,导致工期延长和巨大的经济损失。再者,目前橡胶沥青生产设备没有统一的标准,无法保证橡胶沥青产品的质量。鉴于以上原因,本文比较了沥青不同加热方法的优缺点,通过研究和分析,指出目前工程中沥青加热设备无法实现沥青快速升温,原因是其采用自然对流、整体、静态加热沥青的方式。针对此,本文提出了利用导热油作为传热介质,采用强制对流、局部、动态加热沥青的思想,设计了螺旋板式沥青加热设备,推导出了其传热模型。然后利用CFD软件FLUENT对螺旋板式沥青加热设备传热过程进行了模拟。结果表明,螺旋板式沥青加热设备能够实现沥青均匀、快速加热的目的。同时分析了流体流动速度、流动方式和通道宽度对螺旋板沥青加热设备传热效果的影响。最后,介绍了橡胶沥青的生产工艺,选择西门子S7-200型PLC作为控制器,利用西门子系列PLC编程软件STEP7-Micro/WIN4.0编写了橡胶沥青自动生产控制系统程序。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-13
    1.1.1 橡胶沥青发展史  10-11
    1.1.2 橡胶沥青特点  11-12
    1.1.3 橡胶沥青的使用和生产  12-13
    1.1.4 橡胶沥青应用  13
  1.2 国内外沥青加热技术  13-15
  1.3 本文研究的内容  15-16
第二章传热理论及换热器  16-31
  2.1 热量的三种基本传递方式  16-19
    2.1.1 导热  16-17
    2.1.2 热对流  17-18
    2.1.3 热辐射  18-19
  2.2 传热过程和传热系数  19-21
    2.2.1 传热方程式  19-21
  2.3 稳态导热  21-23
    2.3.1 温度场介绍  21-22
    2.3.2 导热基本定律  22-23
    2.3.3 导热系数  23
  2.4 对流传热  23-25
    2.4.1 对流传热现象的分类  24
    2.4.2 对流传热问题的数学描述  24-25
  2.5 换热器  25-30
    2.5.1 换热器类型  25-26
    2.5.2 换热器结构与性能特点  26-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章沥青加热装置  31-41
  3.1 导热油加热沥青原理  31-34
    3.1.1 导热油加热沥青工艺  32-33
    3.1.2 导热油的选择  33-34
    3.1.3 沥青加热机理  34
  3.2 沥青加热装置  34-40
    3.2.1 立式沥青加热装置  35-36
    3.2.2 卧式沥青加热装置  36-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章沥青快速升温装置的设计及传热模型的建立  41-54
  4.1 沥青快速升温装置的要求及设计思想  41-42
    4.1.1 沥青快速升温装置的要求  41
    4.1.2 快速升温装置设计思想  41-42
  4.2 螺旋板式换热器  42-44
    4.2.1 螺旋板式换热器介绍  42-43
    4.2.2 螺旋板式换热器的特点  43-44
    4.2.3 螺旋板换热器工作原理  44
  4.3 快速升温装置结构设计  44-50
  4.4 螺旋板式沥青加热装置传热模型  50-53
  4.5 本章小结  53-54
第五章螺旋板沥青加热装置传热过程数值模拟  54-82
  5.1 数值模拟理论基础  54-57
    5.1.1 CFD简介  54-56
    5.1.2 CFD控制方程的离散方法  56
    5.1.3 数值模拟方法的求解过程  56-57
  5.2 FLUENT软件简介  57-59
  5.3 螺旋板式沥青加热装置传热过程数值模拟  59-61
    5.3.1 几何模型的简化及建模  59
    5.3.2 模拟条件  59-60
    5.3.3 网格划分及求解方法  60-61
  5.4 螺旋板沥青加热装置传热过程模拟结果分析  61-68
    5.4.1 温度场模拟结果分析  62-64
    5.4.2 压力场模拟结果分析  64-66
    5.4.3 湍流强度及热通量模拟结果分析  66-68
  5.5 螺旋板沥青加热装置传热性能影响因素分析  68-81
    5.5.1 螺旋板沥青加热装置传热性能评价指标  68-69
    5.5.2 流体流速对换热器传热性能的影响  69-75
    5.5.3 冷、热流体流动方向对螺旋板沥青加热装置传热性能的影响  75-78
    5.5.4 通道宽度对螺旋板沥青加热装置性能的影响  78-81
  5.6 本章小结  81-82
第六章橡胶沥青自动生产控制程序设计  82-94
  6.1 橡胶沥青生产工艺过程  82-83
  6.2 PLC控制系统硬件设计  83-86
    6.2.1 CPU的选型  83
    6.2.2 扩展模块的选择  83-85
    6.2.3 重量传感器的选型  85
    6.2.4 流量计的选型  85-86
  6.3 PLC控制系统软件设计  86-93
    6.3.1 PLC编程语言及编程软件  86
    6.3.2 控制程序设计  86-93
  6.4 本章小结  93-94
第七章结论与展望  94-96
  7.1 结论  94-95
  7.2 展望  95-96
参考文献  96-99
攻读学位期间发表的论文  99-100
致谢  100

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