基于聚合反应机理的膨胀型高聚物浆液平面裂隙注浆仿真方法研究

作     者：贾赫扬 李晓龙 逯林方 马强 张蓓 钟燕辉 Jia Heyang;Li Xiaolong;Lu Linfang;Ma Qiang;Zhang Bei;Zhong Yanhui

作者机构：郑州大学河南郑州450001 河南省赵口引黄灌区二期工程建设管理局河南开封475000 

出 版 物：《土木工程学报》 (China Civil Engineering Journal)

年 卷 期：2022年第55卷第11期

页      面：50-61页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFC0504503) 河南省高校科技创新人才支持计划(19HASTIT041) 河南省2021年水利科技攻关项目(72)。 

主　　题：高聚物浆液 聚合反应机理 化学反应-流体动力学模型 裂隙注浆 数值模拟 

摘      要：现行高聚物浆液裂隙注浆扩散模拟方法多采用浆液密度变化经验表达式进行计算,这种简化处理方法没有考虑浆液内在的化学反应驱动机制,其求解结果与实际情况存在较大偏差。为解决这一问题,基于计算流体动力学理论,考虑浆液聚合反应机理,建立了描述高聚物浆液在平面裂隙中流动扩散过程的“化学反应-流体动力学模型,用龙格库塔方法求解化学反应动力学方程,用平面裂隙注浆准三维模型离散流动控制方程,用SIMPLE算法实施迭代控制,实现了对浆液化学反应、温度场、流场的耦合求解。在此基础上,对绝热条件下高聚物浆液在平面裂隙中的扩散过程进行了数值模拟,分析了浆液组分反应转化率、温度、扩散范围、密度、压力等随时间变化规律,结果表明:伴随浆液化学反应进程,其组分转化率、温度逐渐增大,浆液扩散范围、密度变化表现出明显的阶段性特征;浆液密度随时间经历缓慢减小、急剧下降、逐渐趋缓三个阶段,与此相对应,其扩散范围最初平稳增加,随后快速扩大,最终趋于稳定,其压力则呈现缓慢增大、急剧上升、逐渐下降的三阶段变化特征。所开展工作为深入研究温度、压力等因素对浆液扩散行为的影响奠定了基础。