水管冷却技术在高性能混凝土渡槽工程中的应用

针对水工渡槽工程在施工中容易出现裂缝的问题,借助于混凝土水管冷却温度场及应力场的严密算法,对南水北调中线京石段应急供水工程中的水北沟渡槽工程进行了施工期的水管冷却效果对比分析,结果表明,水管冷却具有良好的导热降温作用,可有效地防止在施工早期和后期出现温度裂缝,可为类似工程提供借鉴作用。     

基于精细有限元的大体积砼水管冷却效果研究

基于精细有限元方法,结合实际工程的局部坝段模型,仿真分析了不同冷却方式对施工期水管的冷却效果,阐述了冷却过程中水管周围的混凝土温度场和应力场在时间及空间上的分布状态和变化规律,量化了水管附加温度应力.结果表明,对于施工时仓面较大的水工混凝土结构,应尽量采用通仓同步冷却来控制混凝土内部温度,避免在同一浇筑块中由于冷却方式各异而导致温度裂缝出现.     

通水冷却对碾压混凝土消力池温度应力的影响

针对碾压混凝土施工普遍存在的温度裂缝问题,以某水利枢纽工程碾压混凝土消力池为例,采用三维有限元浮动网格法对其全过程温度场和应力场进行仿真研究,计算过程中考虑了冷却水管间距、通水水温、通水时间、混凝土水化热温升及弹性模量等对消力池温度场和应力场的影响,对比分析了不同方案的温度及应力变化规律。结果表明,施工期对高温季节浇筑混凝土埋设冷却水管进行通水冷却,可将最高温度降低4～6℃,最大温度应力降低0.38～0.47MPa,通水冷却效果明显;在不改变通水时间和通水水温的条件下,冷却水管水平间距减小0.5m,可将基础混凝土最高温度降低0.6℃左右,最大温度应力降低0.11～0.13 MPa;在不改变通水时间和冷却水管间距的条件下,混凝土大层浇筑完毕通3d10℃的制冷水、7d14℃的制冷水和20d的河水相比单一的通30d河水,可将基础弱约束区混凝土最高温度降低1.5℃左右,最大温度应力降低0.3MPa左右。     

考虑水管冷却及表面保温的闸墩施工期温度应力场仿真分析

鉴于施工期的混凝土内外温差及变形约束是闸墩产生温度裂缝的主要原因,基于温度应力场和水管冷却算法等基本理论,通过与施工现场的温度监测数据的对比分析,反演混凝土热学计算参数,利用三维有限元计算软件进行闸墩施工期考虑水管冷却的温度场及应力场仿真计算。结果表明,水管冷却温控效果良好,但混凝土表面因降温幅度较大而产生早期较大的拉应力,应进一步做好表面保温措施,降低混凝土内外温差。     

暴雨降温作用下大型U型渡槽运行期温度场分析

基于南水北调中线湍河渡槽在夏季暴雨降温工况下的仿真计算分析,初步探讨了渡槽暴雨降温时温度边界条件,并归纳了大型U型渡槽在该工况下温度场、温度应力分布规律及裂缝可能出现区域,对U型渡槽运行期的防裂有一定的参考价值.     

基于BP神经网络的混凝土坝温控措施智能优选方法

混凝土坝温控措施的制定是一个复杂的多因素系统优选问题。为了对混凝土坝的温控措施进行优选,以混凝土最高温度和最大日降温速率作为输入,通水流量、通水时间、通水温度和水管间距作为输出建立混凝土坝温控措施神经网络智能优选模型。采用均匀设计方法进行温控措施组合设计,并对其进行温度场仿真分析以获得学习样本,进而得到训练好的神经网络优选模型,输入实测最高温度和最大日降温速率优选出对应的温控措施。实践结果表明,该温控措施神经网络优选模型合理可行。     

某高拱坝中期通水冷却降温影响因素敏感性分析及最优温控措施

为准确了解某高拱坝坝段混凝土中期通水冷却降温影响因素的敏感性及其最优温控措施,采用有限元仿真分析方法,定性定量分析了中期降温阶段冷却水通水流量、通水温度、通水时长、混凝土单层层厚对坝段混凝土日降温速率的影响程度,发现通水流量及通水温度影响最大;进而构建了混凝土日降温速率与通水流量、通水温度之间的非线性回归方程,从定量角度给出了最优温控措施;这可为同类工程中期降温阶段的温控措施提供参考依据。     

高碾压混凝土重力坝通水冷却优化设计与工程实践

在归纳总结大体积碾压混凝土温控防裂技术要点的基础上,从放宽基础温差、增加间歇式中期冷却、施工期水管冷却五参数控制、冷却结束标准确定四个方面出发,阐述了高碾压混凝土重力坝通水冷却设计的优化方法。以官地水电站为例,对水管冷却方案做了改进,并基于跟踪监测数据与数值计算结果,实时调整设计参数。结果表明,官地水电站大坝混凝土的温控效果较好,各项应力指标满足蓄水安全要求,且整个施工期至运行初期未出现危害性的裂缝,为类似工程提供了借鉴。     

基于神经网络与遗传算法的大体积混凝土全过程智能通水模型

大体积混凝土的温度控制是避免结构出现温度裂缝的关键手段,为了实现施工全过程的温度控制,智能优选合适的冷却参数,结合有限元仿真计算,基于神经网络和遗传算法,以各冷却阶段的通水温度和通水流量作为输入,以温度演化过程中的控制温度(最高温度、一冷、中冷目标温度、灌浆温度)作为输出,建立了智能通水优化模型,并通过实例验证了模型的有效性。结果表明,由该模型得到的通水参数能满足设计及施工阶段的控温目标,模型可用于大体积混凝土全过程的温度控制。     

基于Comsol Multiphysics的通水冷却热流耦合数值分析

当前针对大体积混凝土通水冷却热流耦合问题的数值分析还存在许多不足，面临着简化较多、精细模拟十分困难的局面。为此，基于Comsol Multiphysics多场耦合有限元软件中的流体流动模块和传热模块，进行了通水冷却热流耦合精细化数值分析，将计算结果与理论解、通水冷却等效算法进行对比，验证了Comsol耦合精细化算法的正确性和可行性。结果表明，Comsol耦合精细化算法在模拟水管沿程温度变化和水管附近的温度值变化方面比等效算法更加精确，更能体现真实的温度梯度，为后续的热应力分析奠定了基础。     

矩形渡槽冬季输水水温预测

为预测渡槽在冬季输水过程中的水温变化,根据稳态传热过程进行理论分析,并引用导热微分方程和牛顿冷却公式进行计算,以庄浪河渡槽为例,分别计算不保温、表面采用5cm厚的聚氨酯保温板两种情况下水随时间散失的总热量,并求得相应的水温。计算结果表明,在冬季低温工况下,渡槽内外温差大,水散失大量热量,水温降低幅度大,需采取保温措施防止水温降低,以保证渡槽在允许水温下正常运行。研究结果可为类似工程提供参考。     

基于改进随机森林算法的渡槽位移及应力预测模型

渡槽位移及应力监测是渡槽健康监测的重要内容,其位移及应力变化与多种因素存在复杂的非线性关系,这种关系导致传统数学模型难以较准确地预测出不同环境变量影响下渡槽的位移及应力变化情况。对此,提出了一种基于随机游走思想的随机森林算法,该算法以渡槽水位、气温及水温为输入,能较准确地预测出渡槽不同测点的位移及应力。最后,通过一个数值算例,对比了该算法与已有模型算法的拟合性能和泛化能力,验证了该算法的优越性,可满足渡槽工程位移及应力预测的需要。     

湍河渡槽充水试验监测与分析

为了解湍河渡槽的安全性,有必要对湍河渡槽各部位进行监测布置及充水试验分析。为此,针对湍河渡槽工程结构安全情况,基于其监测设计的主要技术依据,分析了湍河渡槽各部位的监测项目与仪器布置安排,结合湍河渡槽实施了两次充水试验,对其中一些重点监测项目的监测数据进行了分析。分析结果表明,充水试验期间渡槽垂直位移受充水试验影响较大,混凝土钢筋应力受环境温度影响较大,基础渗压变化不明显,监测项目均处于安全状态。研究成果可为同类工程提供技术借鉴。     

渡槽在折线温差分布下的横向温度应力计算

为分析渡槽在折线温差分布下的横向温度应力,运用公路桥梁规范中折线温差分布函数,推导了渡槽在折线温差分布下横向温度自约束应力和框架约束应力计算公式,计算了渡槽在冬季骤然降温作用下的温度应力。计算表明,渡槽外表面总应力是壁厚和温差的函数,当壁厚不变,温差减小50%时,其温度应力也相应减小50%,当温差不变,壁厚减小50%时,其温度应力减小21%;与指数温差分布函数计算的温度应力值相比,该方法计算值较小,在设计时若按此考虑渡槽温度荷载,则能显著提高渡槽的安全性能。     

Thermal analysis and management of proton exchange membrane fuel cell stacks for automotive vehicle

The thermal management of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is crucial for fuel cell vehicles. This paper presents a new simulation model for the water-cooled PEMFC stacks for automotive vehicles and cooling systems. The cooling system model considers both the cooling of the stack and cooling of the compressed air through the intercooler. Theoretical analysis was carried out to calculate the heat dissipation requirements for the cooling system. The case study results show that more than 99.0% of heat dissipation requirement is for thermal management of the PEMFC stack; more than 98.5% of cooling water will be distributed to the stack cooling loop. It is also demonstrated that controlling cooling water flow rate and stack inlet cooling water temperature could effectively satisfy thermal management constraints. These thermal management constraints are differences in stack inlet and outlet cooling water temperature, stack temperature, fan power consumption, and pump power consumption.     

改善冷却塔冷却负荷方法的探讨

本文分析制冷剂冷凝温度、循环冷却水温和流量对制冷量的影响,并根据华南沿海地区夏季气候湿热,冷却塔负荷过大而冷却水温往往达不到额定工况的特点,结合冷凝热回收和喷泉冷却系统的工程实例,探讨降低冷却塔负荷及冷却水温的方法。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力分析

针对渡槽动力性能对大型水利工程安全运行的影响问题,基于南水北调工程中某大型（三槽）渡槽工程构造型式,利用大型有限元分析软件建立了三维有限元模型,并对槽中无水及送水工况进行了动力特性和地震动力时程相应分析。结果表明,在动力反应中,槽内水体有明显的震荡,不同工况下渡槽的动力特性及动力响应都有明显的区别;渡槽侧墙是结构的抗震薄弱部位,在地震作用时正常运行工况下侧墙高度能够保证槽内水体不溢出。     

Proposal for the production and seasonal storage of hot water to heat a city

It is proposed to use an artficial lake, thermally insulated in the upper part only, to be filled during the spring, summer and autumn with hot water at 98°C, as a big storage of heat. Both the lake and the solar collectors should be placed in the mountains in order to exploit the low cost of the land and the higher solar radiation. An aqueduct with a low cost thermal insulation and with a negligible temperature drop even with 100 km length, can heat a city with more than 1 million people. In order to extract the maximum heat from the water, the aqueduct first feeds usual heaters then, in cascade, radiating panels and finally warm air conditioners equipped with a heat pump so that the discharged water is at 5°C. Convenient solar collectors to be placed in the mountains and for large production of hot water are the ones with concentration by fixed cylindrical mirrors. The design of the relevant moving tubular boiler is presented. The estimated cost per person is half of the cost required by a conventional heating system.     

Thermodynamic study of wet cooling tower performance

An analytical model was developed to describe thermodynamically the water evaporation process inside a counter‐flow wet cooling tower, where the air stream is in direct contact with the falling water, based on the implementation of the energy and mass balance between air and water stream describing thus, the rate of change of air temperature, humidity ratio, water temperature and evaporated water mass along tower height. The reliability of model predictions was ensured by comparisons made with pertinent experimental data, which were obtained from the literature. The paper elaborated the effect of atmospheric conditions, water mass flow rate and water inlet temperature on the variation of the thermodynamic properties of moist air inside the cooling tower and on its thermal performance characteristics. The analysis of the theoretical results revealed that the thermal performance of the cooling tower is sensitive to the degree of saturation of inlet air. Hence, the cooling capacity of the cooling tower increases with decreasing inlet air wet bulb temperature whereas the overall water temperature fall is curtailed with increasing water to air mass ratio. The change of inlet water temperature does not affect seriously the thermal behaviour of the cooling tower. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.