泵送混凝土管道冲蚀疲劳失效数值模拟

为研究泵送混凝土中非牛顿流体-颗粒、颗粒颗粒和颗粒管壁之间的相互作用，探明管道堵塞机制，基于计算流体动力学和离散元法(CFD-DEM)分析了混凝土各相在泵送过程中的运动演化规律；利用非牛顿流体-颗粒两相流管道侵蚀寿命预测模型分析了混凝土流动对管道壁面的冲蚀磨损机制，预测了管道的冲蚀疲劳寿命。结果表明：模拟结果与工程及实验相吻合，在管道流场发生变化处(进口、出口、弯管处)管道壁面冲蚀相对严重，该部位的寿命仅为工程工况条件连续工作29 d;此外，颗粒粒径越大对壁面的磨损越严重，粒径范围15～30 mm的颗粒与管壁之间的切向作用力占比达42.81%,导致能量损失33.02%;弯管段颗粒碰撞次数大约是直管段的2倍，颗粒在直管段的动能明显高于弯管段且弯管段的切向动能损失高于直管段，这说明弯管段更容易堵塞。模拟结果能够为泵送混凝土的管道设计及维护提供理论支撑。