寒区隧道渗流场和温度场耦合问题的三维非线性分析

根据传热学和渗流力学的基本理论,考虑冻土渗流场和温度场的耦合影响,建立冻土渗流场和温度场耦合问题的三维数学模型,应用Galerkin法进行有限元分析,并编制有限元分析程序。运用该数学模型和有限元分析程序,进行了青藏铁路昆仑山隧道DK977+578～DK977+682浅埋段的温度场以及渗流场和温度场耦合问题的三维非线性分析。分析结果表明:渗流场对隧道围岩的温度场影响较大,在寒区隧道工程设计时,应该考虑渗流场与温度场的耦合影响。     

寒区隧道温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析

首先根据传热学、渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程.然后应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式.最后给出了一寒区隧道考虑渗流和冻胀时的温度场和应力场算例.算例表明冻胀力对隧道衬砌应力的影响很大,应充分考虑这一因素的影响.     

寒区隧道温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析

首先根据传热学、渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程。然后应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式。最后给出了一寒区隧道考虑渗流和冻胀时的温度场和应力场算例。算例表明冻胀力对隧道衬砌应力的影响很大,应充分考虑这一因素的影响。     

寒区隧道三维温度场非线性分析

根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程 ,应用Galerkin法推导出了三维有限元计算公式。根据一座已经建成的寒区隧道内的实测大气温度 ,利用三维有限元计算公式 ,计算分析了隧道铺设保温材料和没有铺设保温材料时的温度场。分析表明对隧道进行空间温度场分析是非常必要的 ,保温材料对于减小隧道围岩的冻融范围是有效的。从而 ,为寒区的实际工程设计提供理论依据和计算方法。     

寒区挡土墙温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析

根据传热学,渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程。应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式。给出了一寒区挡土墙考虑渗流和冻胀时的温度场和应力场算例。算例表明渗流对寒区挡土墙周围的温度场影响很大,而冻胀力对寒区挡土墙的水平应力影响很大。因此在寒区工程设计时应充分考虑这些因素的影响     

由爆破引起的隧道围岩热传导问题研究

以隧道爆破开挖为背景,采用传热学分析方法,将爆破高温视为内热源,构建了围岩在有内热源情况下的二维非稳态导热微分方程,并结合提出的边界条件和初始条件,形成了相应定解问题,通过对二郎山隧道爆破施工的分析,进而得出了一些有益的结论。     

三维内肋管紊流换热和阻力特性的试验研究

以空气为工质,利用正交实验设计研究了雷诺数在25 000~110 000范围内的9种大管径三维内肋管的紊流换热和流动特性,优选出最佳管型,并得出努谢尔特数与范宁摩擦系数关于雷诺数和三维管肋参数的实验关联式。结果表明,三维内肋管的综合特性优于相同管径的光管,换热系数最高可达光管的3.15倍,热力性能系数最高可达光管的1.45倍,表明了大管径三维内肋管在管式换热器中运用的可行性;此外,各主要参数中,肋高对流动换热特性的影响最大,肋间距次之,肋宽最小,为强化管参数提供了优化方向。     

某矿山巷道围岩的三维非线性稳定分析

通过有限元计算,对矿山巷道的主巷道和穿脉巷道进行了三维非线性稳定分析.从总体上来看,巷道周围的位移和应力都是随着巷道埋深的增加而增加的:主巷道和矿岩中的穿脉巷道都出现了不同程度的塑性区,其塑性区的范围也随着巷道埋深的增加而不断加大;巷道周围的主要各点处都出现了不同程度的应力集中现象,其应力集中的程度也越趋严重;应力的分布出现了分层过渡现象,其应力值也逐渐变大,巷道之间的相互影响十分明显.对砂岩的穿脉巷道进行稳定性分析时发现由于其岩石性能本身较差,巷道的围岩稳定性较差,需要在支护设计中重点考虑.     

饱和黏土一维非线性固结与热传导耦合模型

为研究饱和黏土一维非线性固结与热传导耦合问题，在考虑温度变化对黏土物理力学性质影响基础上，推导得到非线性固结和热传导的控制方程，并建立相应耦合模型，该模型可考虑非线性固结过程与热传导过程的相互作用。随后，采用有限差分法对所建耦合模型进行求解，并通过与COMSOL软件和其他解析解计算结果对比，有效验证了模型的合理性。基于所建耦合模型，利用某一算例分析温度增量ΔT、先期固结压力p_cR和线性加荷时间t_a对固结行为影响。结果发现，温度变化会对非线性固结过程产生多方面影响，ΔT的增大整体上加快了超孔压的消散速率，也增大了沉降速率和最终沉降量；饱和黏土中超孔压的消散速率会随p_cR的增大而加快，但沉降量会随p_cR的增大而减小；t_a的增大会降低饱和黏土中产生的最大超孔压值，也会减慢固结速率。此外，在固结过程中，以沉降定义的固结度U_s小于以孔压定义的固结度U_p。     

Three-dimensional nonlinear analysis for the coupled problem of the heat transfer of the surrounding rock and the heat convection between the air and the surrounding rock in cold-region tunnel

According to the basic theories of heat transfer, geocryology and fluid mechanics, taking the coupled problem of the heat transfer of the rock surrounding the tunnel and the heat convective between the air in the tunnel and the rock surrounding the tunnel into account, three-dimensional calculating model of the coupled problem are presented. The finite element formulae of this problem are obtained by Galerkin’s method, and the computer program of the finite element is compiled. Using the program, three-dimensional nonlinear analyses for the coupled problem of the heat transfer of the rock surrounding the tunnel and the heat convective between the air in the tunnel and the rock surrounding Fenghuo mountain tunnel on the Qinghai–Tibet Railway are made. The agreement between the calculated results and the in-situ observed data is seen to be very good. The calculated results illustrate that the freezing–thawing situation of the rock surrounding the tunnel can correctly be predicted even if the air temperature distribution along the tunnel is unknown. In thus way, the large cost of in-situ observation for the air temperature in the tunnel can be saved.     

多层墙体热湿耦合传递模型及验证

从非平衡热力学角度论证了多层墙体热湿耦合过程采用水蒸气分压力和温度作为驱动势的合理性。由于水蒸气分压力是含湿量和温度的函数,利用全微分思想,建立了多层墙体热湿耦合传递模型,该方法可避免Budaiwi方法在热湿耦合模型建立过程中采用的空气含湿量与相对湿度间的近似表达式,而且简化了方程系数,便于方程的求解。通过对多层墙体求解结果的对比,验证了该模型的有效性。     

非饱和土孔隙气、水、汽、热耦合运动之模拟(英文)

旨在介绍一个描述非饱和土孔隙气、水、汽、热耦合运动的理论模型。该模型假定孔隙气和孔隙水运动分别遵循达西定律 ,而影响水蒸汽运动的两种主要因素分别是分子扩散和孔隙气运动 ,其中受分子扩散影响的孔隙水蒸汽运动可用Fick定律描述。热转移则主要包括了三种形式 ,即传导、对流和汽化潜热。根据有限单元法 ,编制了一个三维的计算机程序用以模拟非饱和土孔隙气、水、汽、热的耦合运动。通过数值分析与干沙试验结果之比较 ,验证了文中之理论模型和计算机程序的可靠性     

墙体内热湿耦合过程的时域递归展开算法

利用时域递归展开算法对墙体内热湿耦合传递方程进行求解。以木板为例,应用该算法进行了热湿耦合传递的分析计算,在时间域和空间域上分别运用递归展开法和控制容积法进行离散,从而得到递归形式的线性方程组,运用MATLAB软件对这一过程进行求解。计算结果与有限差分算法、解析解计算结果以及实验数据吻合良好,表明该算法能够用于求解多孔介质热湿耦合传递模型。时间步长的改变对计算结果影响较小,可通过增加时间步长方法来减少工作量。     

混凝土对流换热系数的风洞实验研究

提出混凝土表面对流换热系数的实验方案,试件的形式为圆管,从内部加热,安装在TJ-1风洞内,圆管的轴线与风向一致,风速调节范围为1m/s至25m/s,利用专门开发的实验控制系统全自动监控加热过程并自动记录数据。3个试件的实验结果有很好的一致性。实验结果表明,混凝土表面对流换热系数与风速、混凝土表面热辐射系数与温差之间均有很好的线性相关性。由实验结果回归分析得到混凝土表面受迫对流换热系数、混凝土表面热辐射系数、混凝土表面总热交换系数的计算公式,为混凝土结构温度效应分析中热工参数取值提供了依据。     

饱和土水热耦合分离冰冻胀模型研究

针对饱和土一维冻结过程中的冻胀发展过程,在已有的描述透镜体生长过程的水热耦合模型的基础上,建立了水热耦合分离冰冻胀模型。利用固体表面水膜的热力学理论分析了冻土中未冻水膜在相界面上的平均分离压力,指出当该压力大于土层破坏的临界压力时,冰透镜体产生;以活动透镜体底端将土柱划分为主动区与被动区,主动区过程采用透镜体生长的水热耦合模型描述,而被动区为近似导热过程,由此建立了完整冻胀模型;提出了透镜体的分离冰生长方式,并与刚性冰生长方式进行了对比,阐述了本文模型与已有的各类模型之间的联系。采用有限容积法对模型进行了数值计算,与Konrad的3组试验进行了对比,结果表明模型很好地反应了土体冻结过程中温度场及冻胀的发展过程。     

U形地埋管换热器的三维数值模拟及传热分析

利用非稳态流动能量守恒方程得到了U形管内流体温度沿管轴向的变化关系,建立了U形地埋管换热器与土壤耦合换热的三维数值模型.把数值解分别与解析解和TRNSYS中的DST模型进行了对比,得出利用数值模型可以提高瞬时传热模拟结果精确度的结论.分析了在给定外界负荷的情况下U形管进出水温度、释热量和外界负荷之间的相互关系.     

水电站无压尾水洞引风热湿交换特性的现场测试

对映秀湾水电站无压尾水洞引风过程中的室外空气温湿度、尾水洞出口空气温湿度、尾水进出口温度、引风量等参数进行了测试。测试结果表明,夏季运行时无压尾水洞对引入空气有良好的降温除湿效果;在无压尾水洞足够长的条件下,尾水洞末端引风参数主要受尾水温度的影响,而受室外空气参数的影响很小,尾水洞出口空气接近对应尾水温度的饱和状态。     

传热学教学中的热路分析法

介绍了教学手段的内涵,分析了实物、模型、板书、挂图、投影胶片、纸介质讲义、多媒体等教学常用知识载体的优缺点及其选用原则;针对有颇多争议的多媒体教学问题,以水力学及工程流体力学教学为例,概述笔者在备课、多媒体课件制作以及课堂使用过程中的体会,包括知识点分解、表达形式再加工、课件制作技术、课件播放、教与学互动、多媒体与板书的配合、口头与肢体语言运用等内容;讨论了多媒体技术为现代教育带来的机遇与挑战。