混凝土水管冷却温度场的计算方法

针对混凝土水管冷却温度场的计算问题，在目前用有限单元法迭代算法近似求解的基础上，根据水管与混凝土之间热量交换的平衡原理，提出了一种新的计算方法，并且数学上完全严密。采用该方法和文中所建议的沿程水管边界单元的搜索技巧，可以方便地严格模拟实际工作中蛇形水管的走向，提高计算精度。同时，针对实际工程中为提高温度场和温度应力场的计算精度带来计算量大的问题，提出了利用有限单元法的并行计算技术以及子结构技术两种方法，降低计算规模。     

混凝土水管冷却温度场的计算方法

针对混凝土水管冷却温度场的计算问题,在目前用有限单元法迭代算法近似求解的基础上,根据水管与混凝土之间热量交换的平衡原理,提出了一种新的计算方法,并且数学上完全严密.采用该方法和文中所建议的沿程水管边界单元的搜索技巧,可以方便地严格模拟实际工作中蛇形水管的走向,提高计算精度.同时,针对实际工程中为提高温度场和温度应力场的计算精度带来计算量大的问题,提出了利用有限单元法的并行计算技术以及子结构技术两种方法,降低计算规模.     

A p-version embedded model for simulation of concrete temperature fields with cooling pipes

Pipe cooling is an effective method of mass concrete temperature control, but its accurate and convenient numerical simulation is still a cumbersome problem. An improved embedded model, considering the water temperature variation along the pipe, was proposed for simulating the temperature field of early-age concrete structures containing cooling pipes. The improved model was verified with an engineering example.Then, the p-version self-adaption algorithm for the improved embedded model was deduced, and the initial values and boundary conditions were examined. Comparison of some numerical samples shows that the proposed model can provide satisfying precision and a higher efficiency. The analysis efficiency can be doubled at the same precision, even for a large-scale element. The p-version algorithm can fit grids of different sizes for the temperature field simulation. The convenience of the proposed algorithm lies in the possibility of locating more pipe segments in one element without the need of so regular a shape as in the explicit model.     

模拟水管冷却效应的直接算法

水管冷却作为混凝土温控的重要措施发挥了重要的作用，因而在混凝土大坝的温度场仿真计算中冷却水管温度效应的模拟问题受到工程技术人员的广泛关注。本文提出了模拟水管冷却效应时考虑混凝土与冷却水管之间相互作用的直接算法。该方法无需计算水管周边的温度梯度，只需建立混凝土内部温度和冷却水管温度之间的方程并联立求解即可。文中算例说明了该方法的正确性。     

三洋港水闸底板水管冷却温控措施优化研究

混凝土初期通水冷却可以起到削峰控温作用,但可能造成水管附近混凝土开裂。本文结合三洋港闸底板通水冷却措施,应用冷却水管有限元直接算法,通过调节通水流量、温度及时间,分析闸底板混凝土温度场和应力场的变化趋势。结果表明:通水流量越大、通水水温越低及通水时间越长均使冷却效果越好。建议可以通过减小冷却水温与混凝土温差,延长通水时间来降低混凝土温度峰值,同时这也可以避免水管附近混凝土产生裂缝。     

挡潮闸闸墩高性能大体积混凝土温度效应与控制

为了解决某挡潮闸枢纽工程中高性能大体积混凝土结构浇筑时的温度控制问题,避免因混凝土干缩、自体积变形、外部约束和温度效应等因素引起混凝土开裂,取闸室底板和中墩进行三维有限元建模,对闸墩采取不同的温控措施,进行闸墩温度场和温度应力场的仿真分析,研究闸墩冷却水管布置方案的温控效果并提出科学合理的温度控制措施,为现场科学施工提供理论指导。仿真结果表明:通水冷却效果良好,闸墩均未出现裂缝;在混凝土浇筑初期采取降低入仓温度和通水冷却等降温措施来减小由于混凝土水化热引起的最大温升,可以有效减小混凝土温降阶段的降温幅度;控制最大温升、内外温差及温降速率是大体积混凝土闸墩温控防裂的关键。     

冷却管导热性能对混凝土坝后冷的影响分析

预埋冷却管通水冷却是混凝土坝主要的人工温控措施。采用大导热系数的金属管加快了冷却速度,但是成本高,施工费时费力;普通塑料(HDPE)管虽然成本低,但是导热性能差,延长了冷却时间。此文旨在通过分析冷却管的导热性能对混凝土冷却效果的影响,能为开发一种在技术和经济上兼优的冷却管提供参考。     

论混凝土坝的水管冷却

摘 要：水管冷却是混凝土坝重要温控方法。在水管冷却过程中，混凝土温度场和应力场十分复杂。本文首先系统地总结了混凝土坝水管冷却温度场与应力场分析方法，给出了几个新的计算方法，提出了最合适的方法，然后指出水管冷却是双刃剑，它既可有效控制混凝土温度，有利于防裂；如使用不当，又可引起严重裂缝。对几个重要影响因素进行了分析，提出了混凝土坝施工中正确使用水管冷却的几个原则，以趋利避害，达到有效控制温度防止裂缝的目的。     

含冷却水管混凝土坝温度计埋设位置优选

在水工混凝土坝温控过程中, 以温度计实测温度表征混凝土浇筑仓的平均温度, 则可方便准确地监控混凝土浇筑仓的温度。结合1.0 m×1.0 m, 1.5 m×1.5 m, 1.0 m×1.5 m, 2.0 m×1.5 m四种典型水管间距的混凝土棱柱体模型, 首先采用水管冷却有限元法进行温度场仿真计算, 接着选取含冷却水管混凝土模型典型截面, 并通过引入四边形12节点等参单元来简化获取截面内任意点温度, 然后建立温度计位置优选模型, 最后采用优化算法求解获得最优的温度计几何位置。算例分析表明, 在混凝土浇筑仓内存在多个位置的温度历程与浇筑仓平均温度历程接近, 1.0 m×1.5 m截面的温度计位置分布近似为线性分布, 其他截面为抛物线分布。在这些位置处埋设温度计, 所测温度可较好地表征浇筑仓的平均温度, 供温度监控参考。     

水管冷却混凝土温度场计算的三维p 型有限元法

引入阶谱与自适应技术,将p型有限元法应用于水管冷却混凝土温度场的仿真计算,通过对单元升阶谱,以扩大容许函数空间来提高数值解精度,并编制了p型自适应有限元计算程序。针对同一计算模型,分别采用不同网格密度的常规有限元法和p型有限元法进行了水管冷却混凝土温度场的计算分析和对比研究。结果表明,p型有限元法的计算结果在网格稀疏的情况下仍然能够达到较高的精度,特征点温度时程线和温度场等值线与精细算法值吻合得较好,而常规有限元法则误差相对较大。同时,采用p型有限元法进行水管冷却混凝土温度场模拟,可以在保证计算精度的前提下减少单元数量,从而降低前处理的难度、工作量以及计算的时间成本。     

周公宅拱坝PE水管现场冷却效果反馈分析研究

借助水管冷却精细算法及先进的反演算法,采用现场实验与数值反馈计算相结合的新思路,对周公宅拱坝现场PE水管的冷却效果及边界条件进行了研究。结果表明,PE水管冷却效果与铁管冷却效果存在明显差异,水管冷却温度场的计算中。PE水管边界应视为第三类边界,其冷却效果可通过“等效表面散热系数”来体现,其中“等效表面散热系数”随通水流量变化而变化。据此,可方便、简捷地实现PE水管的现场冷却效果仿真计算。计算结果证明．此方法可取得与现场实测一致的效果。     

水管冷却热传导计算模型能量分析

对水管冷却有限元法和水管冷却等效热传导法的相关性进行了研究,采用同一套有限元网格,仿真分析了混凝土浇筑仓的非稳定温度场和徐变应力场,对比分析了两种水管冷却计算模型计算的混凝土浇筑仓平均温度和弹性应变能及黏性应变能.水管冷却等效热传导法计算的混凝土平均温度与水管冷却有限元法计算的平均温度接近,前者是后者的等效平均,但两者的同一节点温度不一样,且差异有时还比较大.由于前者是后者温度的等效平均,所以前者和后者的弹性应变能和黏性应变能接近,但两者的同一节点的应力不一样,因此其差异有时也比较大.     

基于遗传算法的混凝土施工通水冷却系统参数优化研究

针对蜀河水电站工程概况、水文地质和气象条件,基于传统公式计算出其混凝土施工通水冷却系统的关键参数。基于热力耦合和流固共轭传热方程建立了混凝土结构体通水冷却有限元仿真模型,实现了流固双向耦合数据传导,计算了混凝土结构体的温度场和应力场分布。以冷却系统的能源消耗最低为目标,采用加权法求取混凝土结构温度和应力作为遗传优化的判别条件,应用遗传算法对不同冷却水流速、冷却水温度和冷却水管直径进行了综合优化。优化结果表明,在保证总体冷却效果的同时,优化方案的经济性可提高16%,为混凝土施工通水冷却系统的高效节能提供了实证参考。     

混凝土坝中后期通水快速调控研究

混凝土坝中后期通水冷却是一个复杂多因素问题,与通水水温、通水流量和通水时间等相关。基于中后期冷却期间浇筑仓温度动态预测模型,提出了一种中后期通水快速调控方法。先将无热源水管冷却计算式和浇筑仓实测温度相结合预测浇筑仓降温曲线,然后结合中后期冷却的降温速率和目标温度,采用优化算法获得混凝土浇筑仓优化通水方案。实例分析表明,基于无热源水管冷却计算式的浇筑仓温度动态预测模型计算工作量小,混凝土坝中后期通水快速调控方法是可行的,可为混凝土坝中后期通水调控提供及时参考。     

基于热-流耦合的冷却水管降温效果及其参数敏感性分析

水管管径、水管长度、管内流速、流量等因素影响着冷却水管降温效果,为了对上述因素进行优化,基于Ansys中的Fluent和Workbench平台,建立包含热流耦合与湍流模型的三维有限元模型,获得精细的混凝土温度场及水管水温沿程变化,以探讨冷却水管降温机理,以及降温效果与管内流速、管径、管长等变量之间的关系。结果表明,冷却水的流速或流量存在能够使降温效果和成本控制达到最优的值;冷却水管的降温效果与管径呈正相关;冷却水管长度、交替通水流向变换间隔与沿程效应的强度均呈线性关系。无论是流速还是流量,都存在获得较优降温效果时的合理量值;合理控制冷却水管的长度且进行交替通水,可解决沿程效应带来的降温不均匀问题。管长不大于200 m的水管,流向变换间隔时间可选择1 d,通水流量不宜大于2. 5 m3/s。研究成果对于混凝土温控措施中各参数的优化选择具有借鉴意义。     

基于有限元法的大体积混凝土温控方案优化研究——以凤凰颈泵站改造工程为例

为优化大体积混凝土温控方案以避免大体积混凝土因内部水化反应放热导致温度裂缝产生,以凤凰颈泵站改造工程为例,基于有限元方法使用 MIDAS FEA 软件通过对不同温控方案（四种冷却水管布置方案）的大体积混凝土进行温控数值模拟计算获得大体积混凝土内部的温度场、应力场,并对现场监测点实测温度变化与模拟结果进行比较,大体积混凝土内部温度先迅速上升,80 h 后逐渐下降。综合对比四种温控方案最高温度及最大应力,方案二为相对最优方案。     

沉井基础上闸底板施工期温度仿真分析

分别采用冷却水管直接算法和等效算法对沉井基础上的闸底板结构施工期温度场进行仿真分析。通过对比施工期闸底板温度场分布及关键部位温度变化过程,证明两种算法均可用于模拟水管的冷却作用。冷却水管直接算法由于精细地模拟了闸底板中的冷却水管分布,能够更真实地能反映水管周边剧烈的温度梯度变化,更符合实际情况,值得推广应用。     

拱坝封拱温度场人工冷却参数设计方法研究

采用优化方法确定最优拱坝封拱温度场，并选择合理的人工冷却方式和参数，可以减小温度荷载对坝体应力，稳定及变形的不利影响，重点讨论了拱坝封拱温度场沿坝厚方向呈梯度分布时有关人工冷却参数的理论推导公式，并依据不同情况下的计算结果，绘制出参数关系曲线供工程实际应用，同时，给出了单向通水冷却参数设计的方法和算例，作者通过大量实例分析指出，采用二阶段的后期冷却方式，一般可达到设计上可能遇到的具有各种要求的封拱     

聚乙烯冷却水管的等效间距

水管冷却是混凝土坝温度控制的重要手段，过去采用钢管或铝管，近年国内外不少工程采用高强聚乙烯水管，已有取代金属水管的趋势，人们关心的一个问题是两种水管的冷却效果和经济比较。为此提出了聚乙烯水管等间距的计算方法，为两种水管冷却的效果和经济比较提供了依据。     

混凝土坝水管冷却仿真计算的复合算法

水管冷却是混凝土坝施工中的主要温度控制措施，在混凝土坝施工过程仿真计算中如何考虑水管冷却效应是一个重要而又困难的问题，直接用三维有限元法求解，计算量太大；用近似解法，在某些情况下，计算精度可能不够。笔者提出了一套复合算法，计算效率高，计算精度也较好。