高速掺气水流的气泡级配

论文THESIS88 China Highway实习编辑/罗地生 美术编辑/王德本我国高速公路总里程数已居世界前列，但是由此带来的公路养护和改扩建任务也十分繁重。

气泡混合轻质土自21世纪初被引入我国公路建设以来，已经应用于桥台台背路基填筑、特殊地带路堤填筑等多个方面。

为了更好地指导气泡混合轻质土的设计与施工，本文就其组分、物理特性和工程应用三方面进行介绍。

气泡混合轻质土及其组分气泡混合轻质土是一种容重可自由调节的新型轻质填土材料，其基本原理是将一定的泡沫颗粒掺入到工程土（黏土或砂土等）中，从而大大减轻地基上部或桥背填土的自重作用。

与传统路基填筑和处置方法相比，具有自身质量较轻、施工工法简单、所需作业面小、且强度较高的特点，能够显著降低工程费用和维修成本，同时也具有一定的环境效益。

其主要的组成成分可分为以下几类：发泡剂，通过物理手段在发泡剂稀释液中引入空气，从而产生大量的泡沫颗粒，其评价指标主要考虑发泡能力和泡沫的稳定性，这也是影响固化后材料的容重和强度的重要因素。

固化剂，用于增强土体骨架自身的固结能力和强度，一般多采用水泥类材料，通过混合搅拌将其水化作用产物与黏土或砂土颗粒形成水泥浆。

其他可选组分，如外掺剂和细集料等，用于降低材料成本，或提高混合轻质土的某些性能。

气泡混合轻质土的物理性质气泡混合轻质土内部具有一定比例的气泡，可以节约土方的使用，且具有与普通土建材料相似的一般力学特性。

为了更好地将其应用于工程实践，了解其基本的物理力学性能是十分必要的，结合现有研究资料，总结出其主要的物理特性如下：气泡混合轻质土在高速公路中的应用文 / 广东省长大公路工程有限公司 王佳容重特性。

轻质土的容重可以根据实际工程要求，通过改变材料配比（泡沫颗粒比例、水泥掺量、含水率等）来自由调控，其容重的调控范围在5kN/m 3~16kN/m 3之间。

同时，在工程应用中，轻质土单次浇筑的高度也对容重有一定影响，在土自重作用下材料沿高度方向的容重呈不均匀分布，若浇筑高度过高，则上下容重差异明显，因此在施工过程中需要严格控制轻质土每次浇筑的高度。

高速公路扩容工程气泡混合轻质土施工质量控制方法发布时间：2022-11-10T03:31:30.620Z 来源：《城镇建设》2022年第13期作者：张文欣[导读] 为发挥气泡混合轻质土材料在工程中施工更高的价值，以南充至成都高速公路项目为例张文欣中交第三航务工程局有限公司交建工程分公司上海 200000摘要：为发挥气泡混合轻质土材料在工程中施工更高的价值，以南充至成都高速公路项目为例，设计针对气泡混合轻质土施工的质量控制方法。

对气泡混合轻质土进行试配与质量验收；使用保护层或安装模板的方式进行材料成型；设计施工材料在现场泵送，采用水平分层法进行浇筑，并实现对作业面的养护，以保证工程施工达到预期质量标准。

关键词：高速公路；材料泵送；控制方法；施工质量；气泡混合轻质土；扩容工程；中图分类号:U416.16文献标识码:A引言高速公路是我国交通运输现代化的重要标志，高速公路的建设与发展需建立在安全稳定的前提下。

但是现阶段我国部分地区高速公路的通行能力，已无法满足经济快速发展的社会交通运输需求，因此需要对高速公路进行扩建扩容。

气泡混合轻质土属于一种新型路基工程施工填筑材料，主要是指在施工中，将固化剂、水和预先制成的泡沫块，按一定比例掺入到原土中，充分混合搅拌而成的材料。

此种材料具有容重低的特点，通常情况下，材料的容重为路基普通填土容重的1/2~1/3[1]。

但相比常规填土材料而言，其综合强度和变形性能较好，既能减小基础结构的加载压力，又能减小整体结构的非均匀沉降，从而起到提高路基稳定性、减小旧路基冲击力的作用。

将此种材料应用到高速公路中，具有施工方便、满足竖向填筑需求等优势。

因此，本文利用气泡混合轻质土的上述特点，将气泡混合轻质土用作拓宽路基或高速公路扩容工程中，对气泡混合轻质土施工质量的控制方法展开研究。

1气泡混合轻质土试配与质量验收施工前，先进行施工原材料的准备与质量验收。

气泡混合轻质土的原材料包括水、发泡剂、固化剂与原料土。

掺气水流声速的研究张宏伟，刘之平，张东，吴一红（中国水利水电科学研究院，北京100038）摘要：采用一维双流体模型，利用小扰动原理研究了压力波在水气两相泡状流中的传播规律。

针对水利工程中高速掺气水流的特点，对方程进行合理模化和封闭。

详细分析了掺气浓度、压力、扰动频率、相间相互作用力对掺气水流中声波传播速度和衰减的影响。

结果表明，适当的掺气浓度会使掺气水流的声速显著降低；压强的减小和相间传热的增强可使声速减小、衰减加快；虚拟质量力主要影响高频声速，并使声波衰减减慢。

关键词：掺气水流；双流体模型；声速；衰减中图分类号：TV131.3+4文献标识码：A1研究背景在高水头泄水工程中，高速水流掺气是一种普遍而又重要的流动现象。

高速掺气水流的可压缩性问题一直受学术界关注，如Cain 等［1］发现高速掺气水流（流速大于30m/s ）存在可压缩性的影响。

李炜［2］将掺气水流与空气动力学领域的超音速流进行类比，认为高速掺气水流存在与不可压缩流完全不同的现象和特点，因此应考虑其可压缩性的影响。

赵建福等［3］进一步提出了高速掺气水流的压缩性准则并对可压缩掺气水流进行了一维特征分析。

倪汉根［4］认为掺气减蚀的机理是由于掺气导致水流声速降低，空泡溃灭时传至壁面的冲击压力大大减小。

然而高速掺气水流的可压缩性问题并没有得到学术界的广泛认同，文献［5］认为当掺气水流的马赫数大于1时，水流具有“似可压缩性”，而没有明确称为“可压缩性”，这种说法本身就是对掺气水流可压缩性存疑的体现。

究其原因，是由于掺气水流可压缩性问题的复杂性，研究远未深入，至今没有成熟的研究成果，掺气水流的基本问题—声速问题，目前的研究也很不全面。

要认识掺气水流的可压缩性问题，揭示其流动现象和特点，必须首先对掺气水流的声速问题进行深入研究。

在可压缩单相流中，声速可表示为c=化过程有关，或者说取决于受扰动气体与周围介质偏离热平衡的程度，两种极端情况是等温和绝热，分别对应等温声速和绝热声速。

公路路基工程中气泡混合轻质土的施工技术研究发布时间：2021-10-26T02:46:44.245Z 来源：《工程管理前沿》2021年16期作者：欧阳光杨波骆萧颉[导读] 需要从公路路基施工出发，探究公路路基施工中气泡混合轻质土的相关施工技术，从而对路基施工进行相应的处理和探讨。

欧阳光杨波骆萧颉中电建路桥集团有限公司新疆克州阿图什市 845350摘要：随着社会的发展，公路工程已经成为了交通发展的关键，在公路工程中，为了能够增加路基工程的安全性，需要在路基施工过程中运用气泡混合轻质土，气泡混合轻质土能够有效的增加公路中的稳定性和高效性，同时能够选用合适当前施工的具体施工方式，帮助公路施工实现进一步的发展，解决公路路基施工过程中遇到的问题，从而能够推动公路路基施工的实际效果。

基于此，需要从公路路基施工出发，探究公路路基施工中气泡混合轻质土的相关施工技术，从而对路基施工进行相应的处理和探讨。

关键词：公路路基；气泡混合轻质土；施工技术前言气泡混合轻质土是公路路基施工中较为重要的一个施工技术，能够在公路路基施工过程中根据科学的比例，在施工的过程中添加特殊的气泡和其他的固化剂，经过一段时间的搅拌均匀，从而形成一种新型施工材料。

由于气泡混合轻质土具有质量较轻的优点，在进行施工的过程中，需要将该土壤与施工材料进行混合使用，能够在施工操作的过程中降低路基工程的负荷量，能够在路基施工的过程中保障工程的路面，同时还能够为工程路面提供相应的保护。

气泡混合轻质土在复杂的公路路基施工过程中，能够有效地推动路基施工的进度，能够帮助公路路基施工的施工技术更好的开展。

一、气泡混合轻质土的制作流程首先，需要将水泥和水按一定比例进行搅拌成浆液之后再加入煤灰，能够将水泥和水的搅拌的更为充分，从而制成气泡混合轻质土，其次，需要将浆液进行稀释，浓度过高的浆液需要稀释到形成发泡为止，从而能够制作成发泡。

最后，在浆液中融入相应的气泡，能够保证气泡混合轻质土的溶液更为均匀，然后再通过泵送装置运送到指定的区域中，能够将气泡混合轻质土用于公路路基施工过程中，更好的为公路路基施工奠定下相应的基础。

明渠自掺气水流中气泡尺寸和个数的分布张法星;许唯临;邓军;刚立;高鹏【期刊名称】《水力发电学报》【年(卷),期】2008(27)1【摘要】针对目前有关明渠自掺气水流中气泡尺寸和个数分布的实测资料极少的现状,本文采用针式掺气流速仪在坡度为45°的陡槽上对三种流量下自掺气水流沿程四个不同断面中部的气泡尺寸、个数进行了测量和统计分析。

三种流量下,气泡的最小弦长、最大弦长、平均弦长自槽底向上都呈增大趋势,其中最小弦长存在一上限值,靠近槽底大概10%水深范围内实测的气泡平均弦长小于1.5mm。

距槽底1mm处,个数比例≥5%的气泡弦长≤1mm,而个数份额≥10%的气泡弦长≤0.5mm。

气泡的弦长不同,其个数份额沿水深的变化趋势不同,弦长在0.4mm^2mm范围内的气泡的个数比例在0.09~0.15倍水深处(由槽底向上算起)达到最大值,而弦长在2mm^10mm范围内的气泡的个数比例在0.7~0.85倍水深处(由槽底向上算起)达到最大值。

【总页数】5页(P53-57)【关键词】水力学;自掺气;气泡;明渠【作者】张法星;许唯临;邓军;刚立;高鹏【作者单位】四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,成都610065;二滩水电开发有限责任公司,成都610021【正文语种】中文【中图分类】TV135.2【相关文献】1.明渠自掺气水流发展区掺气浓度分布试验 [J], 赵学问;刘善均;董宝顺2.明渠自掺气水流掺气浓度分布Wood模型的改进研究 [J], 杨永森3.明渠自掺气水流气泡形成过程的试验研究 [J], 张法星;许唯临;朱雅琴4.明渠自掺气水流掺气发展区浓度分布的计算 [J], 杨永森;吴持恭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高速掺气水流可压缩流特性董志勇(南京水利科学研究院水工所　210029)提 要本文论述了水流速度为50米每秒量级的高速掺气水流的音速、激波等可压缩流特性。

从可压缩流出发,并根据高坝泄水工程的特点,提出了值得研究的课题。

关键词　高速掺气水流　可压缩流特性　对水工程的影响本文于1997年12月3日收到。

一、前 言随着一批200m 以上高坝的兴建,亟需解决水流速度为50m 每秒量级的高速掺气水流在泄水工程中的水力特性。

大量的实验研究结果表明:均匀水气混合体的音速比单相的水或空气的音速小得多,在标准状态下,水的音速为1450m /s,空气的音速为340m /s,而水气混合体的音速仅几十米每秒的量级,最小才20m /s 左右。

这样在高速掺气水流中必然存在局部的高亚音速流、跨音速流、超音速流,乃至压缩波、激波及膨胀波的产生等问题。

这些可压缩流的力学现象,对泄水工程存在着不可忽视的影响,如掺气水流跨过激波后压力会骤然升高,突然加大作用于建筑物上的动水荷载,激波与边界层的干扰会激发建筑物的振动;若产生膨胀波、其波后压力的迅速降低、形成负压,有可能再度发生空化、空蚀现象;在超音速流情形下,掺气水流流经扩散段使流速增大,压力减小,而流经收缩段却使速度减小,压力升高,这点是与不可压缩流截然不同的,这对泄水工程的体型设计尤为重要。

关于均匀水气混合体的音速问题,研究最早者首推Mallo ck [1]。

嗣后,许多学者如Ackeret [2]、Heinrich [3]等亦对水气混合体的音速进行过试验研究和理论分析。

上述学者研究结果的共同结论是:水气混合体的音速比单相的水或气的音速小得多,仅几十米每秒的量级,最小时只有20m /s 左右,主要取决于水气混合体的气水比。

在国防工业(水下喷气推进系统)、石油工业(石油天然气输送管道)等领域内,许多学者对水气混合体的激波进行了研究,如Witte [4]试验研究了在喷射装置中,高速水射流掺气过程中产生的激波问题(射流速度为30～70m /s),其结果表明:在水气混合体中产生一道激波,与空气动力学中的激波既有相同之处,但亦有区别。

文章编号:0559-9342(2002)11-0059-03掺气水流数字图像上气泡提取的二值化阈值确定刘荣丽1,戴光清1,陈　刚2(1.四川大学,四川成都　610065;2.西安理工大学,陕西西安　710048)关键词:掺气水流;气泡检测;图像二值化;阈值;最大直方图熵阈值分割法;迭代法;最大类间方差法摘　要:随着数字图像相关技术的迅速发展,其在水工水力学精细测量中的应用越来越受到关注,但在掺气水流中的应用研究却很少。

笔者结合掺气水流的特点,比较了3种从掺气水流数字图像中识别水和气的阈值确定算法,并通过试验验证其算法的可靠性。

其成果为以后数字图像处理技术在测量气泡速度和掺气浓度中的应用打下了良好的基础。

中图分类号:TV135;TV131.34 文献标识码:A0　前　言目前,数字图像处理技术以其不可比拟的优越性越来越被水利科学界学者所青睐,其中最受注目的粒子图像测速技术(Particle Tracking Velocimetry、Particle Image Velocimetry)就是一个典范,该技术不仅能显示流场的物理形态,而且能够提供瞬时全场流动的定量信息,使流动可视化研究产生从定性到定量的飞跃。

掺气水流是水利工程中一种非常重要的流动现象,是高速水力学亟待解决的关键问题之一,其中掺气浓度是掺气水流测试的一个重要方面,而数字图像处理技术在这方面的应用研究却很少。

长期以来,掺气浓度的测量一直采用掺气浓度仪或在壁面贴电阻片的方法进行测量;前者因其机械探头对流场的扰动,使流动现象失真,以及由于本身的工艺问题测量精度不高;而后者则对水流中部的掺气浓度难以实施有效的测量。

通过图像分析来计算掺气浓度可以弥补上述缺陷。

用图像处理的手段来计算掺气浓度的关键问题之一就是如何识别图像中的气体和水,为此必须对图像分割处理,阈值法是其中一项重要而实用的分割技术。

阈值法是根据某种准则,设置一个灰度阈值,凡是灰度值低于这个阈值的像素都变为某一个灰度,其余的像素都变成另一个灰度值,这种经二值化以后,图像中的气体和水以明显不同的灰度级区别开来。

高速公路气泡轻质土工艺原理引言：随着交通运输的不断发展，高速公路的建设成为了国家基础设施建设的重要一环。

为了提高公路的承载能力和抗震性能，气泡轻质土工艺应运而生。

本文将从原理的角度来探讨高速公路气泡轻质土工艺。

一、气泡轻质土的定义气泡轻质土是一种由气泡剂和土壤混合而成的轻质材料。

气泡剂在土壤中的作用是通过形成气泡来减小土壤的密实度，从而降低土壤的单位重量。

二、气泡轻质土的制备气泡轻质土的制备是通过将气泡剂与土壤进行混合，并通过适当的加工工艺使其形成均匀的混合物。

在制备过程中，需要控制气泡剂的用量和混合时间，以确保气泡的均匀分布。

三、气泡轻质土的特性1. 轻质性：气泡轻质土的单位重量较小，因此具有较低的自重，有利于减轻地基承载压力。

2. 高孔隙率：气泡轻质土中气泡的存在使其具有较高的孔隙率，有利于水分的渗透和排泄。

3. 良好的抗震性能：气泡轻质土能够有效吸收地震冲击能量，提高公路的抗震性能。

4. 耐久性：气泡轻质土具有良好的耐久性，能够长期保持其轻质性和其他性能指标。

四、气泡轻质土在高速公路中的应用1. 土基加固：气泡轻质土可以用于加固高速公路的土基，提高其承载能力和抗震性能。

2. 路基填筑：气泡轻质土可以作为路基填筑材料，减小路基的自重，降低地基沉降。

3. 路面隔离层：气泡轻质土可以用作路面隔离层，减小路面的噪音和振动。

五、气泡轻质土工艺的优势1. 施工简便：气泡轻质土的制备和施工相对简单，能够快速完成。

2. 节能环保：气泡轻质土采用可再生材料，具有较低的能耗和环境污染。

3. 经济实用：气泡轻质土的制备成本相对较低，能够满足大规模工程的需要。

六、气泡轻质土工艺的发展趋势1. 技术改进：气泡轻质土工艺在制备和施工方面仍有待改进，需要进一步研究新的材料和工艺。

2. 应用拓展：气泡轻质土工艺可以应用于更广泛的领域，如桥梁、隧道等公路工程。

结论：气泡轻质土工艺是一种应用广泛的土工材料，其原理是通过气泡剂的作用来降低土壤的密实度。

公路路基工程中气泡混合轻质土施工技术分析1引言气泡混合轻质土是在正常的施工土质中根据科学的比例添加特殊的水体气泡和其他相关的固化剂，经过一定时间的均匀搅拌所形成的一种比普通施工材料轻的新型施工材料。

由于气泡混合轻质土重量轻，能够通过直立填筑的施工方式进行施工操作，因此气泡混合轻质土材料经常会出现在各种工艺复杂的施工工程中用以降低路基荷载，从而有效减少路面常出现的裂缝现象。

2气泡混合轻质土的制作流程2.1浆液制作按一定的配合比将水泥与水搅拌成浆液，加入粉煤灰继续搅拌，至成为均匀的浆液。

2.2气泡制作将发泡液按稀释倍率进行稀释，稀释倍率控制在1∶40以上，使用发泡机进行发泡。

2.3轻质土制作将制备好的气泡掺入浆液，保证一边掺入一边搅拌，使整体形成粉煤灰-气泡混合轻质土的均质溶液，再通过泵送装置将溶液泵送至指定区域浇筑。

3气泡混合轻质土的主要特性3.1结构由于气泡混合轻质土中的内部结构中含有大量的闭合胶质气泡，其容重比一般的土体要小得多，而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量，可以按照需要对气泡混合轻质土的容重在5~13kN/m3内进行必要的调整。

3.2气泡混合轻质土自身的强度具有可调性由于气泡混合轻质土自身强度可以被自由改变，因此施工人员可以根据施工过程中所遇到的实际情况对气泡混合轻质土进行自由调节，但是在调节过程中需注意施工人员必须要事先进行细致严谨的计算，然后再通过严格的控制用科学的比例对气泡混合轻质土进行配置，从而达到控制其强度的目标，通常情况下道路施工所适用的强度一般控制在0.3~5MPa范围内[1]。

3.3气泡混合轻质土具有很好的流动性基于气泡混合轻质土流动性高的物理特性，在参与施工过程中施工人员需要通过泵送的形式来完成气泡混合轻质土的传递和运输工作。

根据已有数据显示，通过泵送的方式运输气泡混合轻质土较长的运输距离可达500m，而运输气泡混合轻质土的高度正常也能达到40m 左右。

在目前的道路基坑施工过程中，其他常用的填筑土类型因为在流动性上无法达到气泡混合轻质土自有的物理属性，因此很难具备如此距离的泵送运输。

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省道S366线(珠海大道)金湾互通立交工程气泡混合轻质土施工方案批准：审核：编制：广东省水利水电第三工程局省道S366线(珠海大道)金湾互通立交工程项目经理部二○一三年十二月目录1、编制范围和依据 (1)2、工程概况 (1)3、总体施工部署及施工工艺 (8)4、施工配合比 (14)5、质量检验与验收 (14)6、资源配置计划 (17)7、质量保证措施 (20)8、特殊条件下施工 (22)9、文明安全施工措施 (23)10、绿色施工保证措施 (25)11、附件 (26)1、编制范围和依据编制范围省道S366线（珠海大道）金湾互通立交工程桥台处理采用气泡混合轻质土填筑。

编制依据1）《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（CJJ/T177-2012）；2）《现浇泡沫轻质土技术规程》（CECS249:2008）3）《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）4）省道S366线（珠海大道）金湾互通立交工程设计图纸和相关说明；2、工程概况项目简介金湾互通立交位于珠海市金湾区湖心路口处，连接着省道S366线(珠海大道)与省道S272线，是省道S366线(珠海大道)通往斗门、珠海机场及高栏港等地的重要枢纽。

按设计图纸要求，对以下路段进行桥头气泡混合轻质土换填：1、K27+651—K27+711、K28+328—K28+4002、LK188+567.341—LK188+597.341，LK189+486.342—LK189+546.3423、BK0+365.954—BK0+425.954，BK1+015.954—BK1+075.9544、DK0+325.229—DK0+385.2295、EK0+787.143—EK0+817.1436、HK0+260—HK0+320，HK0+395—HK0+4557、GK0+314.5—GK0+374.5，GK0+449.5—GK0+509.5图2.1 项目地理位置图主要技术指标2.2.1施工湿密度及强度2.2.2金属网采用Φ3.2mm@10cm×10cm电焊网，其抗拉强度不小于200KN/m，延伸率不大于2%。

高速公路改扩建气泡混合轻质土施工质量控制发布时间：2022-12-30T01:06:26.745Z 来源：《工程建设标准化》2022年9月17期作者：刘志凌[导读] 高速公路改扩建气泡混合轻质土应用较为普遍，刘志凌珠海香海大桥有限公司珠海市 519000摘要：高速公路改扩建气泡混合轻质土应用较为普遍，它可以快速处理路基沉降问题的影响，提高作业面区域的稳定性，规避路床抗压强度不足的问题，有效减少工后沉降。

为了提高气泡混合轻质土施工管理的有效性，工作人员需要确定施工质量控制计划，通过确定与改扩建工程相关联的技术标准，在满足工程填筑需求的过程中提高施工质量。

基于此，文章就香海大桥高速公路改扩建气泡混合轻质土施工质量控制要点进行了分析。

关键词：气泡混合轻质土；公路；改扩建；路基沉降；质量控制引言：气泡混合轻质土是一种较为常见的材料，该材料应用中需要将发泡剂与自来水进行混合，待溶液稀释后掺入压缩的空气，得到稳定性较强的气泡群，方便与水泥混合搅拌作业。

要注意的是，公路改扩建过程涉及了道路加宽、软基路堤、桥台台背回填等操作，这些项目的操作难度较高，故需要工作人员确定施工标准及施工方案，以期在科学的控制、分析、质量控制过程中提高工程的质量。

1 气泡混合轻质土技术特点的应用优势及应用范围1.1 基本概述气泡混合轻质土技术主要使用了泡沫轻质土材料，此类材料的主要制备方式是利用气泡剂在物理处理方式的作用下对材料进行发泡处理，同时将材料与水泥基浆进行混合，并在系统的处理支持下得到高强度的多孔材料。

为了进一步提高材料的质量，工作人员需要确定发泡剂的选择要点，通过关注到材料质量对轻质土性能的形象，在科学的处理支持下提高材料的稳定性。

1.2 应用优势气泡混合轻质土在实际工程中较为常见，故工作人员需要充分意识到该技术的应用优势，具体如下：第一，轻质性优势，气泡混合质材料中气泡较多，大部分气泡分布相对均匀，可以在密闭、微小、独立的空间中进行作业，确保材料的容重在5～10N*m-3的范围内[1]。

1999年5月水 利 学 报SH UILI XUEBAO 第5期高速掺气水流的压缩性准则赵建福(中国科学院力学研究所,北京,100080)　李　炜(武汉水利电力大学河流工程系,武汉,430072)摘　要　本文利用双流体连续介质模型建立了高速掺气水流基本方程,通过量级分析等方法研究了高速掺气水流的压缩性准则.在定常均质掺气水流中,绝热Mach 数M 决定着压缩性效应的强弱:M <0.3时流动可视为不可压的;否则需要考虑压缩性效应.关键词　掺气水流,压缩性,M ach 数,双流体连续介质模型.中图号　T V 131.3随着坝工技术的提高和水电建设事业的发展,世界上高坝建设发展迅速,坝高不仅突破了200m ,而且已进入300m 级;这一趋势在中国更为突出[1,2].由于落差增大,水工建筑物渲泄的水流速度相应增大,甚至超过50m /s .这么高速的水流处在大气环境中必然呈现为剧烈的掺气状态.大量研究表明,掺入的空气极大地增强了水流的可压缩性,使得其中的声速远小于单相的水或空气中的声速,最低约20m /s [3].这使得掺气水流在很低的流速(相对于气体动力学中有明显压缩性效应的流速而言)时就表现出很强的可压缩性[4].Cain &Wood [5]在对高速掺气水流的原型观测中发现,流速很大时确实需要考虑压缩性的影响.因此,必须加强对高速掺气水流压缩性效应的研究,探索其运动规律,从而找出控制和利用此类流动现象的途径.本文利用双流体连续介质模型建立高速掺气水流的基本方程,通过量级分析等方法确定高速掺气水流的压缩性准则,为进一步研究提供必要的基础.1　高速掺气水流基本方程掺气水流是一种复杂的气/液两相流动现象,双流体连续介质模型是目前描述此类流动最常用、最可信赖的方法[6].该模型假设各相在其占据的局部时空范围内都满足连续介质条件,从而建立各相局部的、瞬时的控制方程和相界面间断关系,然后利用适当的平均化方法得出宏观的两相流动方程和各种相间作用的表达式,进而实现对两相流动的理论分析和数值模型.不过,平均化过程在简化对流动的描述的同时,不可避免地抹杀了大量的流动细微结构的信息,导致宏观平均的两相流动方程不封闭;另外,这样所得的两相流动方程(尤其是相间作用)形式很复杂,难以直接用来解决具体的流动问题.因此,为得到实用的流动方程,需要结合特定流动的实际情况,引入合理的近似假设和正确的本构关系.针对水工高速掺气水流流速高、气泡尺寸大[5]等特点,假设:(1)流动中无相变发生;(2)水相等温、不可压缩;(3)气相为完全气体,流动中绝热;(4)局部静压平衡,即平均化后流场内同一点处各相内部压强与相界面压强相等;(5)忽略粘性应力、附加应力、附加热流通量及脉动动能;(6)相间动量传递由粘性阻力与附加质量力承担.这样可得如下封闭的、宏观平均的高速掺气水流基本方程[7]:t (αk ρk )+Δ·(αk ρk u k )=0,(1)—35— 本文于1998年4月8日收到,由国家自然科学基金和“211”工程建设专项基金提供资助.DOI :10.13243/j .cn ki .slxb .1999.05.007t (αk ρk u k)+Δ·(αk ρk u k u k )=-αk Δp +αk ρk g + F k ,(2)d 1s d t =c V (γ-1) F 1· u r αp,(3)p =ρ1R T 1,(4)F 1=- F 2=α(1-α)ρ2[41.2(1-α)| u r | u r -C VM (d 2 u 1d t -d 1 u 2d t)],(5)式中,α1=α,α2=1-α,d k d t = t+ u k ·Δ,α、ρ、 u 、p 、 g 、 F 、C VM 和T 分别表示掺气浓度、密度、速度、压强、重力加速度、广义相间力、附加质量系数和温度,下标1、2分别表示气相和水相,C V 、γ和R 分别表示空气的定容比热、比热比和气体常数, u r = u 2- u 1为相间滑移速度,s =C V ln(p /ργ1)为气相的(类)熵.压缩性效应是水气两相混合物的整体表现,因此,空义混合密度ρ=αρ1+(1-α)ρ2和混合速度 u =[αρ1 u 1+(1-α)ρ2u 2]/ρ,相应的控制方程由式(1)、(2)分别对k =1,2求和得出: ρ t +Δ·(ρ u )=0,(6)t (ρ u )+Δ·(ρ u u )=-Δp +ρ g -Δ·α(-α)ρ1ρ2 u r u r ρ.(7) 掺气水流中,ρ1/ρ2～10-3, u 1～ u 2,只要α不是很接近于1,则总有ρ≈(1-α)ρ2, u ≈ u 2.这样,由式(6)可得:d αd t = α t+ u ·Δα≈(1-α)Δ· u .(8)式(7)右端最后一项可近似表示为-Δ·(αρ1 u r u r ),式(3)可表示为:d s d t = u r ·[Δs +C V (γ-1) F 1αp].(9)最后,掺气水流中的声速可由Wood 绝热公式确定[3]:a 2=ρ1a 21αρ=γp αρ.(10)2　高速掺气水流的压缩性准则压缩性效应的一个显著表现是流体介质密度的变化.对于掺气水流,由式(6)可得:Δ· u =-1ρd ρd t .(11)这样,通过分析混合速度散度的量级可以判定混合密度变化的大小,从而确定必须考虑压缩性效应的条件,即掺气水流的压缩性准则.此外,利用混合密度的定义及式(8)可得:Δ· u =-1ρd ρd t ≈-αρ1d ρ1d t .(12)此式表明掺气水流的压缩性效应主要来自气相的可压缩性;但和单相气流不同,掺气水流的压缩性效应还受到掺气浓度的影响.利用前节的定义及公式,经过繁复的推导,可得[7]:Δ· u =1ρa 2ρ2 u 2t +C VM (γ-1)ρ2 u 2r t - p t -ρ u · g +ρ2 u ·Δu 2+C VM (γ-1)ρ2u ·Δu 2r + u ·[Δ·(αρ1 u r u r )]-C VM (γ-1)ρ u r ·( u r ·Δ u )+41.2(γ-1)ρ(1-α)2u 3r +p u r ·Δs C V ,(13)—36—式中,u = u ,u r = u r .选择如下变量作为相应量的特征值将式(13)无量纲化:u 0、l 0、t 0、ρ0、a 0、α0或(1-α0)、ρ10、s 0、u r 0和g 0,其中,特征速度u 0表示在特征长度l 0内发生的速度变化的量级.此外,可压缩流体介质内压力扰动是以声速传播的,利用动量定理可知压力的特征值应为ρ0a 0u 0.这样可得式(13)的无量纲形式为:Δ＊· u ＊=a 20a 2l 0a 0t 0(M 02 u ＊2 t ＊+C VM (γ-1)δ20M 02 u ＊2r t ＊-ρ0ρ p ＊t ＊)+a 20a 2-g 0l 0a 20 u ＊· g ＊+M 202 u ＊·Δ＊u ＊2+C VM (γ-1)δ20M 202 u ＊·Δ＊u ＊2r +α0ρ10ρ0ρ0ρδ20M 20 u ＊·[Δ＊·(α＊ρ＊1 u ＊r u ＊r )]-C VM (γ-1)δ20M 20 u ＊r ·( u ＊r ·Δ＊ u ＊)+41.2(1-α0)2(γ-1)l 0δ30M 20β2u ＊3r +ρ0ρs 0C V δ0M 0p ＊ u ＊r ·Δ＊s ＊,(14)式中,β=(1-α)/(1-α0),M 0=u 0/a 0为(绝热)Mach 数,δ0=u r 0/u 0为速度滑移率,上标“＊”表示相应的无量纲变量,Δ＊表示无量纲坐标系中的梯度算符.上式最后两项表面上的量纲不一致源于相间阻力及气相(类)熵的定义.显然,Δ＊· u ＊～1即为所要求的压缩性准则.根据前面特征量的选择可知,式(14)中的每一项除系数外都粗略地是1的量级,因此,每一项的大小便可近似地由其系数确定.如果该式右端任一项量级为1,那么,流动一般就不能作为不可压流处理.文献[7]详细分析了式(14)右端各项量级大小,这里仅介绍3种常见的必须考虑掺气水流压缩性效应的流动情况:1)掺气水流中的声运动,此时最主要的是 p ＊ t＊项.由于ρ0ρ、a 20a 2均为1的量级,声运动中l 0和t 0分别为波长和周期,l 0/a 0t 0正好是1,因此,所有的声运动都和压缩性有关.2)特大水深的掺气水流,这对应于 u ＊· g ＊项.此时g 0为重力加速度,由于掺气水流中声速一般约为30m /s ,若l 0～a 20/g 0≈90m ,并且速度和重力方向大致平行,掺气水流的压缩性效应将不可忽略.这对应于水垫塘冲击区内的掺气水流,因此,超高速掺气水流的压缩性效应对水垫塘安全、高效运行的影响,需要引起足够重视.3)流速和声速同量级的超高速定常掺气水流.在这种情形中, u ＊·Δ＊u ＊2项起着主要作用.其量级为M ach 数的平方.此外,p ＊ u ＊r ·Δ＊s ＊项的系数中s 0/C V =ln (p 0/ργ10)～10,δ0～10-1[8],这样,该项量级与Mach 数相同.因此,和单相介质一样,M ach 数可以作为判断超高速定常掺气水流的压缩性程度的准则;不过,由于相间速度滑移现象也会引起定常掺气水流的压缩性效应,这使得具体的掺气水流压缩性判据一般难以确定.3　均质掺气水流的压缩性判据对于均质( u 1= u 2= u )、定常( t=0)掺气水流,忽略体积力的作用并利用近似关系ρ≈(1-α)ρ2,可以得出如下关系[7]:M 2=2αγ(γ-1)(γ-1+α0)1-α1-α0[α(1-α0)α0(1-α)]γ-(γ-1+α),(15)式中,α0为滞止状态时的掺气浓度.和经典可压缩流体动力学相比较可知,该式相当于单相介质可压缩流动中各变量间的等熵关系.利用式(15)可以确定掺气水流各变量随M ach 数的变化情况.图1表示均质、定常掺气水流中混合密度的相对变化率Δρ/ρ0= ρ-ρ0 /ρ0随M ach 数的变化.该图表明:M <0.3时,混合密度的相对变化率不大于4%,可以忽略,流动可视为不可压缩;M >0.3时,混合密度变化增大,应该按可压缩流动处理.这一结果和李炜[9]的提议相似,只是Mach 数的定义中—37—图1　均质、定常掺气水流混合密度的相对变化率随M ach数的变化声速由Wood等温声速改为Wood绝热声速.4　结论水流掺气后改变了原有的结构特征,大大增加了水流的可压缩性.本文利用双流体连续介质模型建立了高速掺气水流的基本方程,利用量级分析等方法讨论了高速掺气水流的压缩性准则.在定常掺气水流中,(绝热)M ach数可以作为判断可压缩性程度的准则.而对于均质、定常掺气水流,具体的压缩性判据为:M<0.3时,为不可压缩流动:M>0.3时,为可压缩流动.参　考　文　献1　Mermel,T.W.T he World's major dams and hydro plants.Water Pow er&Dam Co nstruction,1991,43(6): 67～77.2　柴恭纯.高坝施工导流洞改建为永久泄洪洞的探讨.泄水工程与高速水流,1994,(3):1～41.3　赵建福,李炜.掺气水流中的声速研究综述.泄水工程与高速水流,1996,(3):26～35.4　普朗特,L.等.郭永怀,陆士嘉译.流体力学概论,力学名著译丛.北京:科学出版社,1981.5　Cain,P.&Wood,I.R.M easurements of self-aerated flow on a spillway.J.Hy d.Div.,A SCE,1981,107 (HY11):1425～1444.6　刘大有.二相流体动力学.北京:高等教育出版社,1993.7　赵建福.掺气水流可压缩特性的研究〔博士学位论文〕.武汉水利电力大学河流工程系,1998,2.8　赵建福,李炜.掺气水流相间作用力模型分析.水动力学研究与进展,1999,A13(4):381～387.9　李炜.关于超音速掺气水流的若干问题.泄水工程与高速水流,1993,(4):9～19.On the compressibility criterion of high velocity aerated flowsZhao Jianfu(Institu te of Mechanics,C h ines e Aca demy of Sciences)Li Wei(Wuha n Un ivers ity of Hydraulic and Electric Engine ering)Abstract　The fundamental equation of high velocity aerated flows are deduced by using the two-fluidc ontinuum model.T he compresibility criterion is studied using the analysis of magnitude order of the e-quations mentioned.It is show n that the compressibility effect depends on the adiabatic M ach number The flow can be referred to incompressible if M<0.3,while the effect of compressibility should be con-sidered if M is higher than0.3.Key words　aerated flow,compressibility criterion,M ach number.—38—。

掺气水流图象检测中的一种气泡区域提取方法
朱虹;钱学明;冯春来;祝培;陈刚
【期刊名称】《中国图象图形学报》
【年(卷),期】2003(008)011
【摘要】针对掺气水流图象中气泡的提取问题,提出了一种基于块聚类的二维直方图综合算法.该算法首先采用将图象依次划分为不同大小的子块,并进行二值化处理的方法来解决强气泡信息遮蔽弱气泡信息的问题;然后用块聚类的方法识别出单纯背景子块,并对其进行特殊处理;接着对得到的二值图象进行评价子块划分,并依据所定义的评价函数进行气泡信息的综合处理;最后对原始图象中出现的,无法用图象分割手段分离的叠加气泡区域的面积,用统计特性分析的方法对其进行叠加纠正补偿,同时对所得到的气泡面积分布进行定量估计.大量的实验结果证明该算法是有效的.【总页数】7页(P1254-1260)
【作者】朱虹;钱学明;冯春来;祝培;陈刚
【作者单位】西安理工大学信息与自动控制工程学院,西安,710048;西安理工大学信息与自动控制工程学院,西安,710048;西安理工大学信息与自动控制工程学院,西安,710048;西安理工大学信息与自动控制工程学院,西安,710048;西安理工大学水利水电学院,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.掺气水流中气泡区域的双层动态阈值分割方法 [J], 钱学明;朱虹;祝培;冯春来;陈刚
2.一种面向图象语义的主要区域提取方法 [J], 王惠锋;孙正兴
3.掺气水流的气泡尺寸检测 [J], 陈先朴;邵东超
4.一种人脸图象中瞳孔中心的提取方法 [J], 许慰玲;黄静霞
5.多分辨率特征提取方法用于检测乳腺透视图象中的星形肿块 [J], 屠轶清;童頫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

山区公路改扩建工程泡沫混凝土配合比及性能研究发布时间：2021-06-18T11:25:36.103Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：李靖[导读] 摘要：高原山区低等级公路的改扩建施工，是提升其通行能力及安全性的必要手段。

昆明路通科技发展中心云南省昆明市 650051摘要：高原山区低等级公路的改扩建施工，是提升其通行能力及安全性的必要手段。

然而在旧路改扩建过程中，传统的施工工艺往往受到地形、交通、环境等的限制，在路基加宽、三背回填等施工中，会造成填料压实不足，质量难以保障等问题。

泡沫混凝土作为填料材料应用于老路改扩建工程，可较为有效的解决上述问题。

本文通过对泡沫混凝土材料、配合比试验研究，得到了水灰比、和水泥用量指标，通过对泡沫剂量和防水剂掺量的研究，得到了泡沫混凝土强度的变化曲线。

关键词：山区公路；改扩建工程；泡沫混凝土；配合比；性能0 问题的提出云南是典型的高原山区，公路大多都是傍山而建，大量的山区低等级公路通行能力及安全性能相对较差。

为进一步提升山区公路的运行品质，必须通过改扩建施工来实现。

但是，采用传统施工工艺进行老路改扩建施工，路基加宽、三背回填等施工质量难以保障。

泡沫混凝土利用其自身轻质、自密实等特点，可广泛应用于山区公路改扩建施工。

水灰比、防水剂、泡沫掺量等指标变化对泡沫混凝土性能有较大影响。

为进一步研究泡沫混凝土性能随不同影响因素的变化规律，本文对泡沫混凝土的配合比和性能加以研究，为我省高原山区公路改扩建施工中对泡沫混凝土的应用提供理论指导。

1 泡沫混凝土原材料水泥为泡沫混凝土的主要原料，发泡剂为主要成泡材料，制作过程中采用物理方法或化学方法，引入气泡，凝结硬化后形成大量孔隙，最终形成轻质多孔混凝土。

1.1 水泥水泥硬化为泡沫混凝土提供强度。

由于改扩建施工中采用泡沫混凝土作为填料，对其抗折强度不做要求，抗压强度要求也相对较低，所以采用普通的水泥均可达到使用要求。

但是考虑快速开放交通的需要，在高原山区公路改扩建施工中，优先考虑硫铝酸盐水泥作为泡沫混凝土制备原材料，因其3d的抗压强度即可满足通行要求。