Flow-induced particle migration in cement-based materials at high shear rates

高剪切速率下水泥基材料中流动引起的颗粒迁移

基本信息

项目摘要

The flow of heterogeneous, cementitious suspensions at high shear rates induced by pumping is a complex process greatly influenced by material composition and its ability to generate a lubricating layer (LL) which reduces the friction at the pipe wall-to-concrete interface. Pumping behaviour depends both on the rheological properties and the thickness of such lubrication layer and on the rheological properties of the concrete bulk. The formation of the lubricating layer is mostly related to flow-induced particle migration (FIPM) under high shear rates. To date there are no in-depth insights on FIPM in concrete under high shear rates and its effect on lubricating layer formation; existing investigation approaches are insufficient. The project at hand is to enable the attaining of a clear understanding of causality and underlying mechanisms of FIPM in concrete and eventually to apply this knowledge to realistic description and prediction of pumping process. The consequences of FIPM on the formation of LL and on the resulting material flow behaviour, with the focus on pumpability, are to be established as the basis for purposeful analysis of the concrete pumping process and its implementation in numerical simulation. These main objectives will be accomplished stepwise by first developing adequate approaches for experimental coverage, fundamental analysis and description of particle migration in concrete at high shear rates followed by experimental investigation of the effects of rheological properties of the suspending medium, i.e., paste of cement and fines, on FIPM. Next, the effects of particle size shape, size distribution and packing density on FIPM will investigated and the analysis of cause-effect relationships between particle migration, formation of LL, flow pattern and pressure-flow rate function will be performed. The obtained data and insights will be then used for developing a numerical representation of FIPM for CFD analysis, which will be applied in predicting the pumping behaviour of concrete in the pipeline. For validation the results of full-scale pumping experiments performed in an earlier research project will be used. Accordingly, the work program is comprised of a comprehensive combination of appropriate experimental methods, novel measuring techniques and new approaches to mimic particle migration adequately, enriched by a strong link to numerical simulation. It consists of three segments: 1) experimental investigations focusing on the qualitative and quantitative analysis of FIPM, formation of LL, and the rheological properties of LL and concrete bulk; 2) numerical simulation based on implementation of the FIPM into existing CFD-model to calculate the thickness and rheological properties of LL and, consequently, of pumping behaviour; 3) consideration of the pumping process, in which the prediction of concrete flow can be compared with the available results of full-scale pumping experiments.
泵送引起的非均质胶凝悬浮液以高剪切速率流动是一个复杂的过程,受材料成分及其产生润滑层(LL)的能力的很大影响,LL可以减少管壁与混凝土界面的摩擦。泵送行为取决于流变特性和这种润滑层的厚度以及混凝土体的流变特性。润滑油层的形成主要与高剪切速率下的流致颗粒迁移有关。到目前为止,还没有深入了解高剪切速率下混凝土中的FIPM及其对润滑层形成的影响;现有的调查方法是不够的。目前的项目是使人们能够清楚地了解具体的FIPM的因果关系和潜在机制,并最终将这些知识应用于抽水过程的实际描述和预测。FIPM对LL的形成和由此产生的物质流动行为的影响,重点是可泵性,将作为有目的分析混凝土泵送过程及其在数值模拟中的实施的基础。这些主要目标将通过首先开发足够的实验覆盖方法,基本分析和描述高剪切速率下混凝土中的颗粒迁移,然后对悬浮介质(即水泥膏体和细粉)流变特性对FIPM的影响进行实验研究来逐步实现。接下来,将研究粒径形状、粒径分布和堆积密度对FIPM的影响,并分析颗粒迁移、LL形成、流型和压力-流量函数之间的因果关系。获得的数据和见解将用于开发FIPM的数值表示,用于CFD分析,这将用于预测管道中混凝土的泵送行为。为了验证在早期研究项目中进行的全尺寸泵实验的结果,将使用。因此,工作计划包括适当的实验方法,新颖的测量技术和充分模拟粒子迁移的新方法的综合组合,并通过与数值模拟的紧密联系来丰富。包括三个部分:1)实验研究,重点是FIPM的定性和定量分析,LL的形成,LL和混凝土体的流变特性;2)基于FIPM在现有cfd模型中实现的数值模拟,以计算LL的厚度和流变特性,从而计算泵送行为;3)考虑泵送过程,其中混凝土流动的预测可以与全尺寸泵送实验的现有结果进行比较。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine其他文献

Professor Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine', 18)}}的其他基金

Understanding and mitigation of plastic shrinkage cracking in 3D-printed concrete elements
了解和缓解 3D 打印混凝土构件中的塑性收缩裂缝
  • 批准号:
    424803818
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Multiphase granular suspension flow during pumping in complex geometries - FLOWcomplex
复杂几何形状泵送过程中的多相颗粒悬浮液流 - FLOWcomplex
  • 批准号:
    387065607
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Basis for the purposeful design of the bond between high-modulus polymer fibres and cement-based matrices
高模量聚合物纤维与水泥基基体之间的粘结有针对性设计的基础
  • 批准号:
    280796894
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhalten hochduktiler Betone mit Kurzfaserbewehrung bei Impaktbeanspruchung
冲击载荷下短纤维增强高延性混凝土的强度、变形和断裂行为
  • 批准号:
    223441123
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Zugtragverhalten von hochduktilem Beton mit Kurzfaserbewehrung unter zyklischer Beanspruchung
循环荷载下短纤维增强高延性混凝土的拉伸性能
  • 批准号:
    216979102
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Verringerung des Rissbildungspotentials von UHPC durch innere Nachbehandlung
通过内部后处理降低 UHPC 的开裂可能性
  • 批准号:
    55805405
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Purposeful setting of the bond properties and durability of ductile, strain-hardening composites based on recyclable polymer fibers and sustainable matrices
有目的地设置基于可回收聚合物纤维和可持续基质的延展性、应变硬化复合材料的粘合性能和耐久性
  • 批准号:
    455631638
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Coordination Funds
协调基金
  • 批准号:
    387153567
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Effects of steel and polymer fiber on the rheological behavior and processing parameters of cement-based materials in the context of 3D-printing by layered extrusion – printFRC
分层挤出 3D 打印中钢和聚合物纤维对水泥基材料流变行为和加工参数的影响 â printFRC
  • 批准号:
    387152958
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes

相似国自然基金

基于MFSD2A调控血迷路屏障跨细胞囊泡转运机制的噪声性听力损失防治研究
  • 批准号:
    82371144
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
cGAS-STING激活IFN1反应介导噪声性耳蜗损伤机制研究
  • 批准号:
    82371152
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于NLRP3/IL-1β信号探讨α7nAChR介导巨噬细胞—心肌细胞互作在Aβ诱导房颤心房重构中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82300356
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
脂肪酸合成通过GDF15/IRS2介导胰岛素抵抗促进血管内皮细胞活化导致脓毒症肺损伤的机制研究
  • 批准号:
    82372203
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
NRF2/MFN2/ERS信号异常促进ADSCs衰老和肥大型肥胖皮下脂肪组织胰岛素抵抗的机制研究
  • 批准号:
    32000511
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
细胞衰老抑制直接重编程及心肌再生修复的分子机理研究
  • 批准号:
    92068107
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    79.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
m6A识别蛋白YTHDFs在体细胞重编程中的调控作用及机制研究
  • 批准号:
    32000501
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
转录因子SALL4通过影响pre-mRNA可变剪接调控非Yamanaka因子体细胞重编程的机制研究
  • 批准号:
    32000502
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
CD10蛋白N-糖基化修饰介导PI3Kα活化诱导细胞衰老的分子机制研究
  • 批准号:
    32000508
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
转录因子剂量效应调控体细胞重编程的表观遗传机制研究
  • 批准号:
    31970681
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Influence of API particle size and shape on flow and process induced attrition in a continuous direct compression work stream
API 颗粒尺寸和形状对连续直接压缩工作流中的流量和过程引起的磨损的影响
  • 批准号:
    2500686
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Investigation on gas-liquid-solid three phase flow coupled with meso-scale particle-bubble interactions, particle-liquid turbulence and bubble induced turbulence in bubble column reactors
鼓泡塔反应器中气-液-固三相流与细观颗粒-气泡相互作用、颗粒-液湍流和气泡诱导湍流耦合的研究
  • 批准号:
    391978046
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Generalised high-order Eulerian Smoothed Particle Hydrodynamics for internal flows applied to flow-induced vibration and nuclear tube banks
适用于流激振动和核管束的内部流动的广义高阶欧拉平滑粒子流体动力学
  • 批准号:
    EP/R005729/1
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grant
Evaporation-induced flow motion and particle deposition in sessile droplets
蒸发引起的流动运动和固着液滴中的颗粒沉积
  • 批准号:
    316912227
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Substrate impact on flow induced particle motion in laminar shear flow
层流剪切流中基质对流动引起的颗粒运动的影响
  • 批准号:
    269455552
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Lab-on-a-chip Flow Cytometer Using COlor-Space-Time (COST) Coding Method
使用颜色时空 (COST) 编码方法的芯片实验室流式细胞仪
  • 批准号:
    8959759
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Lab-on-a-chip Flow Cytometer Using COlor-Space-Time (COST) Coding Method
使用颜色时空 (COST) 编码方法的芯片实验室流式细胞仪
  • 批准号:
    8780811
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Flow induced particle movement under smooth to rough boundary conditions: A force-time history formulation
光滑到粗糙边界条件下的流动引起的颗粒运动:力-时间历史公式
  • 批准号:
    1401362
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Investigation of electric induced flow and particle movement under Applied Alternating Current Electric Field to Develop Nano-scale cell surgery
研究应用交流电场下的电感应流和粒子运动以开发纳米级细胞手术
  • 批准号:
    24560203
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Flow induced particle movement under smooth to rough boundary conditions: A force-time history formulation
光滑到粗糙边界条件下的流动引起的颗粒运动:力-时间历史公式
  • 批准号:
    1033196
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了