混凝土热湿耦合数值计算中的参数拟合

为了更深入地研究混凝土中的湿度和温度场,根据多相体系非连续介质中的热湿耦合传导理论对混凝土的热湿状态和耦合传导进行了研究。使用高精度电容湿度测量仪器对混凝土预留孔中的空气含湿饱和度进行测量,发现测量值与混凝土相对含湿率在相对含湿率大于0.85小于1.0时存在线性关系,进而拟合了热湿耦合方程中的物理参数。耦合计算结果表明,这种拟合参数的物理意义明确、确定参数简便、数值稳定性好,为混凝土温湿度场计算提供了一种新的方法。     

复合冷却涡轮导叶的气热耦合数值模拟

采用气热耦合方法对高压涡轮一级导叶带全气膜冷却、冲击冷却和尾缘劈缝冷却的复合冷却结构进行了数值模拟。分析了带复合冷却结构叶片的三维温度场,主要研究了主流燃气雷诺数、冷气与燃气的流量比和燃气与冷气的温比对叶片温度和冷却效果的影响。结果表明:随着流量比增大,叶片前缘壁面平均温度先增后减,压力面和吸力面温度均减小。叶片壁面各处平均温度随温比增大而降低,受雷诺数影响很小。叶片综合冷却效果随流量比增大而增大,受温比和雷诺数影响很小。     

基于COMSOL软件的深埋地下工程围护结构热湿耦合传递模拟

围护结构内的热湿耦合传递是影响地下工程热湿负荷的重要因素,为了研究深埋地下工程中围护结构的热湿行为,通过建立热湿耦合传递模型,以两种衬砌结构为研究对象。在进行热湿传递模拟时,为体现含湿量对材料导热性能和传湿性能的影响,模型中将建筑材料的各项参数均表示为含湿量的函数。利用COMSOL Multiphysics的偏微分方程接口,模拟围护结构的热湿吸放过程,并比较两种衬砌结构的热湿传递规律。模拟结果表明:围护结构的热湿负荷变化略滞后于工程内部空气的温湿度的变化过程;离壁式衬砌结构的热负荷远小于贴壁式衬砌结构;离壁式衬砌中的空气夹层能有效增加围护结构的热阻,但是会降低围护结构的传湿阻力;离壁式衬砌结构和室内空气的传湿量略小于贴壁式衬砌结构,两者相差大约30%;离壁式衬砌更能够减小深埋地下工程的热湿负荷,降低工程能耗水平。     

土壤热湿迁移实验与数值模拟的研究

对蒸发状况下土壤中的热湿迁移进行了实验研究，同时也相应条件作了数值模拟，所得结果能够相互验证，在此基础了阐述了土壤中热湿迁移的一般规律。     

热疲劳过程力学行为的数值模拟

采用运动强化模型和热弹塑性理论对轴对称问题的热疲劳过程进行了有限元数值模拟。计算中，采用增量理论模拟热疲劳的循环加载过程，采用初应力法对每一增量步下进入塑性单元的应力应变进行迭代计算，同时考虑了温度对材料性能、蠕变及应变速率的影响。还对４５号中碳钢圆柱形试件进行了同相和异相热疲劳试验。试验与计算表明：利用本文的数值模拟程序计算得出的滞后环与试验结果相吻合。     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,结果表明：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B₄点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,...     

高温岩体地热开发的固流热耦合三维数值模拟

针对高温岩体地热开发的工程和物理特征与国际界的相关研究现状，提出了三维裂隙网络的块裂介质固流热耦合数学模型，进而采用三维有限单元方法，进行了高温岩体地热开发过程的数值模拟计算，获得了高温岩体应力、温度及裂缝宽度的变化规律。     

水-热-力耦合的单管冻结理论及其数值模拟

为研究考虑水-热-力耦合的人工冻结的环境效应,保证冻结施工安全,推导了水-热-力耦合的单管冻结理论公式,并将推导公式基于ANASYS软件进行了数值实现,对数值模拟成果进行了对比分析.结果表明:数值模拟冻结壁厚度达1.5 m,径向最大拉应力为0.39 MPa,最大压应力为0.2 MPa,与同条件下实际工程监测结果较为一致;冻结壁最大剪应力为0.36 MPa,最小剪应力为-0.27 MPa;冻胀最大位移达4.15 cm,比同条件下实际工程的监测结果大.数值模型验证了理论公式的有效性,相关结果可为类似工程参考.     

土壤热湿迁移实验与数值模拟的研究

对蒸发状况下土壤中的热湿迁移进行了实验研究,同时也对相应条件作了数值模拟,所得结果能够相互验证．在此基础上阐述了土壤中热湿迁移的一般规律．     

应用单向法的气冷涡轮气热弹耦合数值研究

对采用径向对流冷却的NASA C3X叶片进行了单向气热弹耦合数值模拟。气热耦合计算比较了在考虑转捩现象的对于计算结果的影响,同时考虑了温度变化引起的气体属性变化对气热耦合计算的影响,并与NASA报告中的实验结果进行了对比。结果表明,雷诺应力模型对于转捩过程的捕捉能力有限。应用气热耦合的计算结果作为有限元的输入条件,使用ANSYS研究了外部流体冲击场叠加叶片温度场后的总应力和总变形,使用单向法实现了气动、热应力场的多场耦合研究,对于涡轮设计以及寿命预测有一定的借鉴意义。     

高温下混凝土多相耦合模型数值求解

随着混凝土,特别是高性能混凝土(HPC)在工程中的推广和应用,建立其在不同自然和工程条件下的数学模型,模拟其中发生、发展的物理-化学现象与耦合过程,具有重要科学意义和经济效益.将混凝土材料模型化为非饱和多孔多相系统,基于含有多相流体的变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程,建立高温下混凝土热—湿—气—力学多相耦合数学模型.采用有限单元法进行空间数值离散、时域差分法进行迭代求解,为进一步实现高温下(低于孔隙水的临界温度647.3 K)混凝土的多相耦合行为模拟、分析其中的控制机理提供理论基础及可行性论证.     

高温下C65混凝土力学性能试验研究

为研究高强混凝土的抗高温性能,研究了C65混凝土在高温下的力学性能,利用高温下混凝土加载试验设备,对C65混凝土分别进行了常温20 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃、800 ℃高温试验,并对各温度下的高强混凝土进行了单轴压力学性能试验。分析了高温后混凝土外观特征,测得了高温下混凝土的单轴抗压强度,系统地分析了高温对高强混凝土力学性能的影响。结论表明:随温度的提高,高强混凝土的单轴抗压强度总体呈逐渐降低的趋势,并具有一定规律性。这些结论可以为高强混凝土结构抗火性能的研究提供理论依据。     

混杂纤维对高性能混凝土高温性能的影响

针对高性能混凝土的防火、抗爆裂性能低的特点，采用低熔点（聚丙烯纤维）及高熔点纤维（钢纤维）混杂的方法，对高性能混凝土高温性能（抗折强度、抗压强度及劈裂抗拉强度，抗爆裂性能）进行改善．研究表明，800℃时，混杂纤维混凝土的抗折强度剩余率约15％，明显高于基准混凝土的抗折强度剩余率（约6％）；抗压强度剩余率约15％，与基准混凝土的强度剩余率相当（约15％）；劈裂抗拉强度剩余率约20％，明显高于基准混凝土的抗折强度剩余率（约10％）．另外混杂纤维明显提高了混凝土的抗爆裂性能，同时分析了混杂纤维改善高性能混凝土高温性能的作用机理．     

受火温度和冷却方式对混凝土抗压强度影响

火灾后混凝土结构的力学性能大幅降低,特别是在消防射水扑救后其性能恶化更为显著.对添加了矿粉和粉煤灰的强度等级为C35的商品混凝土试件加热(300℃,400℃,600℃,800℃)后,分别进行自然冷却和水冷却处理,观测分析其理化特性的变化规律.在常温自然环境下将试件静置2周以上,然后对试件分别进行单轴抗压试验和弹性模量试验.研究表明冷却方式和加热温度对混凝土材料的抗压强度、弹性模量、压缩破坏模式等力学性能影响显著.在总结试验规律的基础上,构建考虑温度及冷却方式影响的非线性弹性本构方程,采用微分演化算法辨识出本构方程中的特征参数,所得计算曲线与试验曲线的一致性很好,验证了本构方程的适用性.     

防火涂料对高强混凝土高温后氯离子渗透性影响

通过5组外包不同厚度防火涂料的C80高强混凝土试块的高温后氯离子渗透试验,研究了氯离子渗透性随涂料厚度的变化情况.试验结果表明:当防火涂料厚度≥30mm时,高温后氯离子渗透性基本不变;当防火涂料厚度为20～25mm时,高温后氯离子渗透性低于常温C50混凝土;当防火涂料厚度为15mm时,高温后氯离子渗透性相对较高.综合考虑后认为,厚度20 mm的防火涂料可同时发挥抑制高强混凝土高温爆裂和降低高温后高强混凝土氯离子渗透性的双重作用.     

高阻尼混凝土钢板暗支撑双肢剪力墙数值分析

在试验研究的基础上,用非线性有限元分析软件MSC.Marc对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙进行了低周反复荷载下的数值模拟,并分析了轴压比、配钢率、高宽比和连梁刚度等对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力和变形性能的影响规律.分析结果表明,数值模拟结果和试验结果吻合较好,当轴压比大于0.4时,高阻尼混凝土钢板暗支撑双肢剪力墙的延性显著下降,相对暗支撑配钢率为0.96~6.73时,能较好地改善双肢剪力墙的极限承载力.连梁跨高比、高宽比主要影响双肢剪力墙的承载力和变形性能.研究结果对高阻尼混凝土暗支撑双肢剪力墙的地震弹塑性计算具有一定的参考价值.     

高阻尼混凝土混合暗支撑双肢剪力墙试验研究

提出了一种新型联肢剪力墙结构,并通过低周反复荷载试验研究了其抗震性能.较系统地分析了该新型剪力墙结构的刚度及其退化过程以及承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等.通过同现有研究结果对比表明,高阻尼混凝土混合暗支撑联肢剪力墙具有明确的两道抗震防线和更好的耗能能力,比现有暗支撑双肢剪力墙抗震性能更好.     

高温陶瓷过滤器正向流动与过滤过程的数值计算

利用FLUENT计算流体力学软件,对高温陶瓷过滤器正向流动与过滤过程进行了数值计算,得到了切向进气和径向进气时高温陶瓷过滤器内的流场分布.结果表明:对于包含突变截面和多孔介质两类通道的复杂流动系统,合理地选择计算区域和分配网格后,应用FLUENT计算流体力学软件可以得到满意的计算结果;陶瓷过滤器的流动损失主要发生在陶瓷过滤管的多孔陶瓷介质内;当气体径向进入工作段时,对陶瓷管的冲击较大;当气体切向进入时,在工作段壁面附近的速度较大,对陶瓷管的冲击较小;切向进气时高温陶瓷过滤器的进出口压降小于径向进气时.从保护陶瓷管和减小压降两方面考虑,切向进气方式的高高温陶瓷过滤器优于径向进气方式的高温陶瓷过滤器.研究结果为选择高温陶瓷过滤器的进气方式提供了理论依据.     

低温钢纤维混凝土破坏过程的数值模拟

通过实验测试了钢纤维混凝土在低温下的力学性能,发现其抗拉和抗压强度随温度降低逐渐升高.运用RMT-150B型岩石力学试验系统对钢纤维混凝土圆柱型试样进行了单轴压缩分析,发现低温下钢纤维混凝土应力应变曲线可分为弹性阶段,裂缝稳态扩展阶段,裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段.将混凝土看成是细观上的各向异性非均匀准脆性材料, 运用RFPA2D数值分析软件对钢纤维混凝土单轴压缩全过程进行了数值模拟,模拟得到的承载力随温度降低逐渐增大,均质度好的试件声发射较为集中,声发射能量随温度降低不断提高,体现了低温下钢纤维混凝土的脆性特征.     

聚丙烯纤维对高温下混凝土性能的影响

聚丙烯纤维对高温下混凝土性能的影响研究结果表明,掺2.0～3.0kg·m~(-3)聚丙烯纤维的混凝土与不掺聚丙烯纤维的普通混凝土相比,抗压强度影响不大,抗折强度稍有提高,高温下动弹性模量损失率降低,混凝土的抗爆裂性能得到有效的改善,最后分析了聚丙烯纤维影响混凝土抗爆裂性能机理。