大體積混凝土水化熱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)仿真分析.pdf

1、近年來，隨著工程建設(shè)的需要以及施工技術(shù)的改良使混凝土的澆筑尺寸逐漸增大，也對(duì)大體積混凝土溫度控制研究提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為了解決由水化熱溫度場(chǎng)所引起的施工中溫度裂縫問題，工程中采用了例如選用低熱水泥、選用預(yù)冷混凝土、混凝土表面保溫和鋪裝冷卻水管等措施，實(shí)踐證明冷卻水管法降溫是最有效的措施之一，同時(shí)也是大體積混凝土中最常用的方法。然而現(xiàn)有的水管冷卻溫度場(chǎng)計(jì)算還不是很成熟，并且隨著混凝土尺寸的越來越大，現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)已無法滿足實(shí)際工程的需要。為

2、了滿足發(fā)展的施工建設(shè)要求，有必要進(jìn)一步推進(jìn)和完善大體積混凝土的水冷技術(shù)研究，并且探索出冷卻效率更加顯著的冷卻系統(tǒng)，為混凝土的溫度控制措施中的水管冷卻措施提供理論支持。
　　本文基于熱傳導(dǎo)理論，設(shè)計(jì)了一套混凝土水管冷卻循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)冷卻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻液的循環(huán)利用。并且在傳統(tǒng)的通水冷卻方案中加入相變微膠囊，形成可循環(huán)利用的相變微膠囊懸浮液，該懸浮液被通入預(yù)埋在混凝土內(nèi)部的冷卻水管后，沿程吸收熱量導(dǎo)致水溫不斷升高達(dá)到相變微膠囊中相變

3、材料的相變點(diǎn)，此時(shí)材料會(huì)發(fā)生相變并吸收大量的熱量從而能夠達(dá)到比單純通水冷卻更好的降溫效果。隨后，冷卻液將循環(huán)通過冷卻水槽，沿程溫度逐步降低至相變點(diǎn)以下，相變膠囊中相變材料將重新凝固，達(dá)到冷卻液循環(huán)利用的效果。所設(shè)計(jì)的循環(huán)冷卻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻液的循環(huán)利用，不僅能夠在同一工程中循環(huán)使用，也可在工程結(jié)束后繼續(xù)運(yùn)用在其他工程中?；诖讼到y(tǒng)，本文通過試驗(yàn)方式研究了單純通水冷卻和通相變微膠囊懸浮液這兩種不同方案的降溫效果，以探求該系統(tǒng)的實(shí)用性。

4、r>　　此外，本文在歸納溫度場(chǎng)理論以及冷卻水管計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，基于熱流耦合精細(xì)算法，運(yùn)用有限元方法模擬不采取冷卻措施和采取通水冷卻措施的溫度場(chǎng)以及溫度應(yīng)力場(chǎng)，為進(jìn)一步的研究和工程應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。
　　本文的主要工作如下：
　　1、根據(jù)熱傳導(dǎo)基本原理和有限單元法基本原理，總結(jié)和歸納了溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算理論，包括熱微分方程推導(dǎo)、各類邊界條件的確定、不穩(wěn)定溫度場(chǎng)的顯式解法和隱式解法，考慮水管冷卻溫度場(chǎng)的直接解法和等效解

5、法，水管冷卻溫度場(chǎng)的熱流耦合精細(xì)算法。
　　2、結(jié)合工程中的冷卻系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套混凝土水管冷卻的循環(huán)系統(tǒng)，針對(duì)三種不同的試驗(yàn)方案，觀測(cè)并記錄關(guān)鍵點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，以探討該系統(tǒng)的冷卻效果，以推廣應(yīng)用到實(shí)際工程中。
　　3、將混凝土溫度場(chǎng)的計(jì)算原理和有限元的求解方法進(jìn)行整合，探討了包括參數(shù)選取、單元選擇、邊界條件選擇在內(nèi)的各種問題，運(yùn)用熱流耦合精細(xì)算法，從建立有限元模型、加載與求解和后處理方面給出了有限元方法求解混凝土水管冷卻溫度場(chǎng)