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文檔簡介
1、材料導熱系數(shù)作為材料溫度場研究的重要熱物性參數(shù),受到各國學者的重視。大體積混凝土的溫度場,一直是壩工混凝土設計和研究的重點。混凝土的熱傳導系數(shù)是分析壩體混凝土溫度場的關鍵參數(shù)。而土體的導熱系數(shù)是預測與評價地下工程凍結的重要參數(shù)。對于重要的工程,導熱系數(shù)一般都是由溫度實測資料求得。目前恒定熱傳導系數(shù)的測試方法比較成熟,傳統(tǒng)的導熱系數(shù)測試方法主要有穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法兩種。
傳統(tǒng)的測試方法如瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法所測得的都是材料的恒定導熱系數(shù),
2、而工程中常用的材料,如土、混凝土等屬于孔隙材料??紫恫牧系膶嵯禂?shù)受材料內部孔隙率、含水量等因素影響。土、混凝土等材料在澆筑與工程運行期間其含水量和孔隙率在發(fā)生變化,因此其熱傳導系數(shù)也在變化,本文將其界定為非恒定熱傳導系數(shù)。對于非恒定導熱系數(shù),傳統(tǒng)的導熱系數(shù)測試方法不適用了。因為其建立的溫度梯度較小,導熱系數(shù)的變化緩慢,測得的導熱系數(shù)是一定范圍內的平均值,而不能連續(xù)測得材料的非恒定導熱系數(shù)。因此,本文設計了一種非恒定導熱系數(shù)的測試方法。
3、方法的目的是快速、實時的測定材料的非恒定導熱系數(shù)。該測試方法包括試驗裝置和反算方法兩部分。試驗裝置實現(xiàn)了孔隙材料內部溫度數(shù)據(jù)的自動化采集,可以根據(jù)設定值自動控制溫度擾動的施加,模擬了材料的非恒定熱傳導過程。反算方法采用最小二乘有限元方法,得到的導熱系數(shù)是全局的最優(yōu)解。
本文主要研究內容包括:
1.搜集文獻了解了混凝土、土等孔隙材料導熱系數(shù)的研究現(xiàn)狀,分析了孔隙材料導熱系數(shù)的影響因素。
2.通過研究導熱系數(shù)測
4、定方法的研究現(xiàn)狀,總結了現(xiàn)有研究方法的適用范圍,指出非恒定導熱系數(shù)測試方法的必要性。
3.設計了室內的熱傳導裝置,采用圓環(huán)試件,中心加熱的方式模擬了恒定與非恒定熱傳導過程;用 C#語言編寫了自動采集系統(tǒng)的軟件程序,實現(xiàn)試驗進程的自動控制與試驗數(shù)據(jù)的自動采集。
4.編寫了基于最小二乘法的有限元反算程序,將試驗測得的溫度數(shù)據(jù)代入程序反算得到材料的熱傳導系數(shù)。
5.采用上述試驗裝置與反算方法測試了三種孔隙材料(土
5、、砂、混凝土)的熱傳導系數(shù),并反算出了土和混凝土的恒定與非恒定導熱系數(shù),得到了如下的研究成果。
在給定時刻反算得到的混凝土與土的導熱系數(shù)有相似性,距離中心熱源越遠,混凝土(或土)的導熱系數(shù)越大,且導熱系數(shù)與半徑的關系近似線性。這主是因為靠近中心混凝土(或土)的溫度較高,水化反應劇烈(混凝土),水分散失量較大,結構含水量減小,使得其導熱系數(shù)相較于外層混凝土(或土)的導熱系數(shù)較小。
反算得到土的非恒定導熱系數(shù)反映了土樣內
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