热棒技术在大面积混凝土温控应用中的仿真数值研究

论文摘要

在现代土木工程建设中,大面积混凝土结构的应用非常广泛,而存在于其中的温度应力问题也越来越引起人们的关注。大面积混凝土的温度控制措施有很多,但对于广大缺少水资源和能源的地区,本文将提出一种新型的温控方法——热棒技术。热棒是一种无源冷却装置,它无需外界能量的供给。迄今为止,热棒是气液两相流循环系统中热传输效率最高的,它的上端为冷凝段(放热段),下端为蒸发段(吸热段),主要用来解决多年冻土区域的地基冷却问题,而在大面积混凝土结构温控中的应用较少。本文通过对大面积混凝土温度场的数值计算,提出了一种新型的、非常具有发展潜力的大面积混凝土结构温控方法,即运用热棒技术把混凝土中产生的水化热传递至大气中,降低水泥的水化热,从而有效地降低混凝土内部的温度梯度,避免产生温度裂缝,使其满足结构的完整性和强度的要求。并且通过改变热棒的半径和运行温度,可以满足不同情况的需要;与其他的混凝土温控措施相比,运用热棒技术不仅能较大地节约能源,而且也会降低工程的成本。通过对理论的研究,本文提出含有热棒的大面积混凝土温度场的计算模型,利用ANSYS软件瞬态模拟大面积混凝土的温度场,有限元仿真分析大面积混凝土的温度场和温度应力场以及在引入热棒技术后,模拟了热棒作用下的大面积混凝土温度场和应力场。通过对比分析,证实了在热棒作用范围内,热棒技术是大面积混凝土非常有效地温控措施,热棒可以大大降低混凝土的峰值温度,缩短了到达峰值温度的时间,也使最终到达稳定温度的时间大大缩短,是混凝土水化热的有效传输散热工具。并与清华大学的现场试验结果进行比较,证实了仿真试验结果的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 2 大面积混凝土温度场及温度应力基本理论
• 2.1 大面积混凝土温度场的计算原理
• 2.2 大面积混凝土温度应力的计算原理
• 2.3 本章小结
• 3 大面积混凝土热棒冷却仿真分析的ANSYS 方法
• 3.1 ANSYS 简介
• 3.2 ANSYS 热分析理论
• 3.3 ANSYS 热分析模拟混凝土瞬态温度场的过程
• 3.4 本章小结
• 4 实例分析与实现
• 4.1 引言
• 4.2 温度应力模拟分析的一般步骤
• 4.3 基本参数的确定
• 4.4 热棒冷却在大面积混凝土温控中的实现过程
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献