多年冻土路基热棒施工技术

青藏铁路是我国高原铁路,地处青藏高原,海拔平均在4 000 m以上,多年冻土路基的施工是青藏铁路施工成功的关键,热棒技术是多年冻土路基施工采用的新技术,是成功解决多年冻土路基施工的方法之一.文章对热棒的工作原理、用途、特点及施工方法作了详细介绍.     

半导体新型热棒的试验研究及分析

冻土作为四相土体,其物理性质较为复杂,而且对于温度具有很高的敏感性,周期性的温度变化会使冻土路基发生冻胀融沉等病害。因此,在冻土地区修建铁路、公路一直是世界性的难题。在青藏铁路工程中,为了防止多年冻土的融化,维持多年冻土的稳定,热棒路基被广泛采用。众所周知,热棒只能在寒季工作,而暖季不工作。基于热棒的工作原理,再结合半导体制冷的原理,在暖季对热棒的冷凝段加入人工制冷装置,使其温度低于蒸发段的温度,从而驱使热棒工作,达到降低地温的目的。在风火山进行的试验表明,半导体新型热棒能够明显降低活动层的温度,有望在今后冻土区的铁路、公路工程建设中发挥良好的效果。     

利用热管-保温材料复合结构提高冻土区路基稳定性研究

热管-保温材料复合路基是青藏铁路中应用广泛的一种新型路基结构形式.通过数学模型分析,推导出应用于青藏铁路冻土路基中的热管的热流表达式,并用热焓法考虑冻土相变问题,对该路基结构形式及在无保温材料情况下施工20 a后的路基温度场进行数值模拟.数值模拟表明:保温材料能够有效地阻止热量从路基面向下传入地基中,使0℃等温线始终在保温板底层;该路基结构形式为青藏铁路多年冻土区路基的理想结构形式,有利于克服全球变暖的影响.     

青藏铁路保温板热棒复合结构路基保护冻土效果数值分析

根据带相变热传导有限元方法,对普通路基、含保温板路基、热棒路基和保温板热棒复合结构路基在未来50年青藏铁路沿线气温上升2.0℃情况下的温度场进行了预报分析和比较.计算结果表明,在年平均气温为-3.5℃或地表年平均温度为-1℃的地区,在青藏铁路50年的使用期内,普通路基、含保温板路基和热棒路基在气温升高条件下路基下伏、冻土都将发生融化,路基将会产生较大融沉变形,不能保证青藏铁路路基的稳定性.而保温板热棒复式结构充分利用了保温板和热棒两种措施的优点,可以更好的提高保护冻土的效率.     

青藏铁路运营期间冻土路基裂缝问题研究

运营期青藏铁路冻土区路基工程最值得关注的变化是不同部位裂缝的发生和发展以及对线路安全运行的影响.通过对不同时期青藏铁路多年冻土区路基工程裂缝发生发展影响因素的分析,认为冻土区路基工程基底地温场的不对称以及基底土体冻融过程不同步是路基工程变形裂缝发生的主要原因,路基坡脚和周围冻土水热环境变化是裂缝发展的拉动力,路基填料性质也是不容忽略的因素;根据运营期间冻土路基热状态和工程状态分析,对运营期青藏铁路冻土路基工程状态进行了初步评价,并提出了减少或消除地温场的不对称及保护路基坡脚冻土环境,从而抑制冻土路基裂缝的工程对策.     

青藏铁路路基工程可靠性分析思路浅析

青藏铁路沿线多年冻土具有强烈的时空变异性,多年冻土变异性受到了许多不确定因素的影响。气候变化不确定性、工程影响本身的不确定性、冻土工程性质变化的不确定性以及多年冻土变化的不确定性等,必须依靠不确定性的研究方法来实现,因此,必须引进可靠性评价的思路来分析路基稳定性变化。主要分析了青藏铁路多年冻土空间变异性和多年冻土工程性质变异性,论述了工程可靠性分析在青藏铁路冻土路基工程稳定性分析中应用的必要性;结合冻土路基工程稳定性特点给出了冻土路基工程可能的失效模式;结合多年冻土区路基设计原则,对冻土路基工程稳定性进行了可靠性设计和评价。     

基于反演参数的多年冻土路基长期温度场预测

利用青藏铁路清水河试验段路基3 a的现场温度场及沉降监测数据,采用模拟退火算法改进的BP神经网络算法反演了冻土路基的热力学参数,并在反演参数的基础上应用有限元法模拟预测了冻土路基在不同保温处理方案下的长期温度场变化情况.结果表明:保温材料路基阴阳坡地的温度场差异小于素填土路基,多年冻土季节性活动层厚度也远低于素填土路基;保温材料路基施工后3 a内仍将发生冻融变形,形成路基病害,但破坏程度低于素填土路基;50 a后,保温材料路基将与青藏高原气候环境达到新的热平衡状态,施工对多年冻土造成的破坏可得到修复,路基稳定性良好,但素填土路基仍存在较厚的季节性活动层,这将会使路基发生严重的变形破坏;保温处理方案可较为有效地减少冻土路基的不均匀沉降.     

青藏铁路多年冻土区路基温度场的模拟与预测

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布.根据此特征可推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路基的稳定状况.结合青藏铁路某段站场路基实际监测数据,利用ANSYS软件对2002年～2030年地下温度场进行有限元数值模拟.模拟计算结果表明:路基下冻土上限发生上移,多年冻土得到了保护;在年平均气温增长0.02 ℃的条件下,试验段内冻土人为上限和未受路基影响的冻土天然上限均逐年下降;同时,路基阳坡、阴坡两侧地下温度场分布特征的差异构成了路基不均匀变形和路面裂缝的潜在威胁.     

解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路与思考

围绕青藏铁路冻土工程地质、气候变化对冻土及铁路路基稳定性、生态环境变化与保护问题,分析了青藏铁路工程建设中存在的冻土工程技术问题,提出了青藏铁路建设中应对这些问题的新思路,采取积极保护多年冻土的主动冷却路基的思路和动态设计思路,并给出了青藏铁路建设中下一步应思考和研究的问题。     

路基宽度对多年冻土区站场路基温度场的影响

青藏铁路路基的热稳定性受到气温升高的影响.站场路堤比普通路堤宽度大,受气温升高影响更大.以清水河站场试验点为工程背景,对站场和普通路基3个冻融周期的现场测试温度进行分析比较.参照前人对气温预测计算公式,作为青藏铁路站场路基进行热分析的边界条件,运用数值计算方法近似求解计算站场路基20 a后的热状况,同时与普通宽度的路基作比较.结果表明,站场路堤的多年冻土的人为上限比普通路堤高,最大融深比普通路堤大,说明路基的宽度是加速冻土破坏的一个重要影响因素.     

水管冷却等效热交换系数及参数敏感性分析

为了更加精确的进行软水管冷却仿真分析,对第三类边界冷却水与混凝土间的等效热交换系数进行了研究,分析了其变量对冷却效果的影响,结果表明：增大管径,减小管壁厚度可以明显的加大水管冷却效果,流速变化对冷却效果影响不是很大,实际工程施工通水冷却要保证冷却水管流态为紊流。     

烧结式微热管的吸液芯成型机理及其制造工艺

目前电子芯片对散热要求的越来越高,烧结式微热管已经成为其理想的散热元件。本文分析了铜粉颗粒在吸液芯中的成型机理,探讨了烧结式微热管吸液芯毛细结构的制造工艺,主要解决了吸液芯成型温度与成型时间的确定,以及烧结时芯棒的固定、抽出与铜粉颗粒的填充等相关问题。结果表明,采用本研究中的制造工艺和在900℃～950℃、30min～60min所烧结出来的吸液芯具有铜粉颗粒分布均匀、对称性好,生产效率高,成本低等优点,并且制成的微热管具有很好的传热性能。     

不同工况下各种材质高炉冷却壁温度场数值模拟

建立高炉冷却壁稳态传热模型,模拟球墨铸铁、铸钢和铜3种材质的冷却壁在热面镶砖、裸露和挂渣等工况下的温度场分布。结果表明,相同工况条件下,铜冷却壁导热性能优于铸钢冷却壁导热性能,铸钢冷却壁导热性能优于球墨铸铁冷却壁导热性能;铸钢冷却壁热面温度远低于球墨铸铁冷却壁热面温度;渣皮的存在,对冷却壁体起温度降低和保护作用,从而延长冷却器及高炉寿命。     

一种平板热管散热器传热特性的实验研究

对一种以微槽道作为吸液芯的平板式热管散热器的传热特性进行了实验研究。分析了加热功率、冷却强度、工作倾角等因素对该平板热管散热器传热性能的影响规律。实验结果表明热管内部热阻所占热管散热器总热阻的比重很小。热管冷凝端的高效散热是热管散热器正常稳定工作的关键。该平板热管散热器的散热能力强;并具有良好的均温特性,在散热冷却领域具有良好的应用潜力。     

土壤-空气换热系统传热的数值模拟

采用土壤自然温度场与空气冷却效应的叠加方法,对土壤-空气换热系统的出口温度和传热性能进行了数值模拟,并通过计算探讨了埋管的深度、管长和管径对换热器进出口温度的影响．分析结果表明,换热器的出口温度随着埋管入口温度的周期性变化而呈周期性变化;随着埋管深度和管长的增加,换热器的出口温度降低,同时出口温度的变化幅度减小;随着管径的减小,埋管出口温度降低,出口温度波动减小,换热系统的降温供冷性能提高。     

精密机床主轴热管冷却系统的研究

本文根据分离式热管工作原理,设计了TH 6263加工中心主轴热管冷却系统的结构,进行了较详细的理论分析,给出了等效热路图和一系列设计计算公式,并进行了性能对比试验,试验结果表明,主轴热管冷却系统有良好的冷却效果,本文从经济效益等方面阐明了热管冷却系统在精密机床上推广应用的意义。     

大体积混凝土施工期冷却水管埋设形式的优化

采用冷却水管通水冷却是大体积混凝土坝施工期主要温控措施,而冷却水管埋设布置形式对混凝土内部温度和应力的影响较为显著.利用有限元热流耦合精细算法,考虑了冷却水管中水流与混凝土之间的相互对流热交换机制,真实反映冷却水管附近温度梯度,对冷却水管在仓面上采用不同的布置方式时混凝土内部的温度和应力分布进行详细计算分析.结果表明:相比传统的水管埋设布置方式,采用冷却水管双循环的布置方式更能充分发挥水管冷却作用,且能有效改善混凝土内部的温度和应力分布,降低混凝土内部的温度梯度,对大体积混凝土温控防裂有较为积极的意义.     

锌液冷却管热应力有限元分析

锌液冷却管是用20号无缝钢管弯制而成,在锌液的冷却过程中容易出现裂纹,使用寿命短.针对锌液冷却管材料特性和工作环境,利用ANSYS有限元分析软件建立了冷却管的温度 应力耦合分析的三维有限元模型.冷却管的传热特性随温度变化而变化,故采用非线性分析法分析其传热特性.通过计算分析,得到冷却管的热应力分布图及其分布规律,找出冷却管危险截面的位置.研究结果表明:弯管部分的等效应力比直管部分的等效应力大;对于整个弯曲部分,其内壁的等效应力大于外壁的等效应力.最大等效应力点在弯管与直管的连接处偏向弯管侧;冷却管在工作过程中存在显著的热应力,导致其爆裂失效,为研究冷却管的寿命提供了参考.     

基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导

采用等效时间成熟函数反映不同温度历程下混凝土的水化反应状态,对考虑混凝土水化度的水管冷却等效热传导进行了研究,推导了基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导有阴无计算公式,研制了相关的有限元程序．在计算有热源水管冷却问题的混凝土平均温度时,需要存储各高斯点、各增量步等效时间增量．以获得时间增量区间对应的等效时间增量区间,然后计算考虑混凝土水化度时,该时间区间内的水化热温升增毓．针对采取骨料预冷和通水冷却等温控措施的某实际混凝土工程,分析在高温季节浇筑的混凝土块的温度和徐变应力,结果表明温度变化范围在12－27℃,考虑混凝土水化度时计算的浇筑块温度最大增高1.022℃,但徐变应力差民较小。