(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221090409 9.2 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 东南大学 地址 210000 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 许传龙　张峰　邓永锋　李健　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 专利代理师 王斌 (51)Int.Cl. E02D 15/02(2006.01) E02D 5/46(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 搅拌装置 设计参数优化方法、 搅拌装置及污 染土成桩方法 (57)摘要 本发明公开了一种搅拌装置设计参数优化 方法、 搅拌装置及污染土成桩方法， 搅拌装置包 括同轴心的外钻杆、 外钻杆上层半圆形叶片、 外 钻杆下层半圆形叶片、 内钻杆上层半圆形叶片、 内钻杆下层半圆形叶片、 内钻杆、 流线形气液同 轴喷嘴、 钻尖。 该装置采用双向搅拌和高压射流 的方式， 优化后的半圆形叶片和气液同轴喷嘴极 大的提高了切削土体的能力， 使土体破碎更均 匀， 固化/氧化药剂浆液扩散 更充分。 本发明既能 够提高药剂浆液与污染土 拌合的均匀性， 扩大成 桩直径， 加快桩体固结时间， 又提供了高压旋喷 搅拌装置 结构参数的优化方法， 提高了施工效率 和桩体质量。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115262559 A 2022.11.01 CN 115262559 A 1.一种用于 污染土修复的高压 旋喷搅拌装置设计参数优化方法， 其特 征在于， 包括： 选择搅拌叶片的层间距、 液喷嘴的流道形状及气液同轴喷嘴的径向间隔为高压旋喷搅 拌装置的联合优化变量因素， 设计正交实验设计表， 以药剂浆液在土体的分布为优化指标； 根据设计的正交实验设计表， 建立高压 旋喷搅拌装置的三维模型； 对高压旋喷搅拌装置的三维模型进行非结构化网格划分； 材料库自定义流体的密度、 黏度属性， 设定压力边界条件， 选择非定常的半隐式非耦合 算法计算湍流模型， 选择欧拉方法计算多相流模型， 通过SIMPLE算法计算压力速度耦合项 进行数值模拟并保存数据； 提取不同中心轴切面上的药剂浆液的体积分率； 根据体积分率构建 分布云图， 通过体积分率的分布云图判断药剂浆液 是否分布均匀； 选择体积分率分布云图分布均匀的三维模型参数， 作为优化后高压旋喷搅拌装置的设 计参数。 2.根据权利要求1所述的用于污染土修复的高压旋喷搅拌装置设计参数优化方法， 其 特征在于， 材料库定义流体的密度、 黏度属性， 设定压力边界条件， 选择非定常的半隐式非 耦合算法计算湍流模型， 通过SIMPLE算法计算压力速度耦合项步骤中， 选择欧拉方法计算 多相流模型， 在多相流模型中的相间作用选择曳力函数模型来描述药剂浆液、 土体及空气 三相之间的作用力， 湍流模型为Standard  k‑epsilon。 3.根据权利要求2所述的用于污染土修复的高压旋喷搅拌装置设计参数优化方法， 其 特征在于， 在FLUENT软件中的材料库自定义土体、 药剂浆液及气体的流体密度、 黏度属性， 土体模 型设置为非牛 顿流体； 在FLUENT软件中的边界条件设置气液同轴喷嘴的压力入口边界条件， 通过UDF文件设 置搅拌叶片的转速及下沉速度。 4.根据权利要求3所述的用于污染土修复的高压旋喷搅拌装置设计参数优化方法， 其 特征在于， 在CFD‑POST后处理模块中的Surface沿中心轴做切面， 选择Contours查看药剂浆液的 体积分率分布云图。 5.根据权利要求1 ‑4任一所述的用于污染土修复的高压旋喷搅拌装置设计参数优化方 法， 其特征在于， 液喷 嘴的流道形状为 流线形、 收敛圆锥形和圆柱形三种。 6.一种高压旋喷搅拌装置， 其特征在于， 包括外钻杆、 内钻杆、 外钻杆叶片、 内钻杆叶片 以及气液同轴喷嘴， 所述外钻杆和内钻杆同轴设置， 所述内钻杆下端从所述外钻杆伸出， 所 述外钻杆叶片设置在所述外钻杆上， 所述内钻杆叶片设置在内钻杆伸出外钻杆的部分上； 所述气液同轴喷嘴设置在内钻杆伸出外钻杆 的部分上并通过内钻杆内部通道与进药口连 通； 所述内钻杆和外钻杆的转动方向相反； 所述内钻杆叶片与外钻杆叶片间距、 气液同轴喷 嘴的径向间隔及所述气液同轴喷嘴的流道形状， 根据权利要求1 ‑5任一所述的用于污染土 修复的搅拌装置设计参数优化方法得到 。 7.根据权利要求6所述的一种高压旋喷搅拌装置， 其特征在于， 所述外钻杆叶片和内钻 杆叶片均为半圆形叶片， 且两两相对设置在对应钻杆的径向位置； 外钻杆叶片和内钻杆叶 片的朝向相反； 半圆形叶片凸起方向为搅拌叶片的转动方向。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115262559 A 28.根据权利要求7所述的一种高压旋喷搅拌装置， 其特征在于， 所述外钻杆带有上层半 圆形叶片和下层半圆形叶片， 每层有两片， 以轴心为中心外钻杆上层半圆形叶片和下层半 圆形叶片呈十字形分布； 所述内钻杆带有 上层半圆形叶片和下层半圆形叶片， 每层有两片， 以轴心为中心内钻杆 上层半圆形叶片和下层半圆形叶片呈十 字形分布。 9.一种污染土成桩方法， 其特征在于， 采用权利要求6 ‑8所述的高压旋喷搅拌装置进行 修复； 修复时， 气液同轴喷嘴同时喷射出20  ~ 40 MPa的药剂浆液和0.7  ~2 MPa的空气介 质， 所述气液同轴喷 嘴的径向间隔为15  mm。 10.根据权利要求9所述的污染土成桩方法， 其特 征在于， 包括： 打开送浆泵送药浆至内钻杆的气液同轴喷嘴处， 外钻杆反向旋转， 内钻杆正向旋转， 一 边搅拌下钻， 一边喷药浆至 设计持力 层后边搅拌边提升送浆， 直至桩顶标高； 外钻杆和内钻 杆搅拌转动速度为 41 ~ 82 rpm， 外钻杆和内钻杆的下沉速度为0.8  ~ 1.0 m/min； 重复搅拌喷浆下沉至设计持力层， 提升至桩顶标高后停止喷浆， 而后将高压旋喷搅拌 装置提升 至地面， 施工完成。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115262559 A 3