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浅谈混凝土温湿耦合作用研究进展

四川水泥 2017年第3期 351-351页

作者：刘昕重庆交通大学土木工程学院重庆400074

阐述了混凝土温湿耦合研究的目的及意义,介绍了混凝土温湿耦合作用的特点,通过总结混凝土温湿耦合传输模型的建立和数值模拟计算方法,进一步探讨了现有研究中存在的问题。

关键词：混凝土温湿耦合传输模型

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低温冷源对动力电池包内部温湿特性影响分析

机械工程学报 2024年第14期60卷 227-237页

作者：陈吉清陶洪达兰凤崇李伟健蒋心平华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 广东省汽车工程重点实验室广州510640

电动汽车动力电池包结构中,液冷是一种重要的散热形式,其与电池包内部空气的热交换作用不仅增大了电池包内环境相对湿度,还强化了与外部环境的热质交互,增加包内潮湿冷凝风险,从而引起系统安全可靠性问题。同时电池包内环境温湿分布以... 详细信息

电动汽车动力电池包结构中,液冷是一种重要的散热形式,其与电池包内部空气的热交换作用不仅增大了电池包内环境相对湿度,还强化了与外部环境的热质交互,增加包内潮湿冷凝风险,从而引起系统安全可靠性问题。同时电池包内环境温湿分布以及水分蒸发冷凝的动态演化过程难以在实际应用中监测。研究为此分析电池包内外环境之间的热质传递物理过程,通过开口系统模型阐述内外传热传质关系,根据非等温流动方程、水蒸气对流扩散方程和蒸发冷凝方程建立电池包微环境热质传递模型。结合小型动力电池包结构特征建立数值分析模型,探究电池包内部“温-湿-流”多场耦合规律。通过分析不同冷却强度下电池包内环境的温湿演化,明确低温冷源对水汽传输和冷凝的增强作用。所构建模型高效地阐述电池包内部水汽传输和冷凝特征,揭示低温冷源使电池包底部潮湿,冷却强度越大冷凝量越大,电池包内外水汽传输程度越强的规律。

关键词：动力电池包温湿耦合瞬态数值分析低温冷凝

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堆石坝混凝土面板施工期裂缝成因及预防方法

应用基础与工程科学学报 2023年第4期31卷 811-827页

作者：袁敏强晟岑威钧胡勇陈波河海大学水利水电学院江苏南京210098 浙江省水利水电勘测设计院浙江杭州310002

针对堆石坝混凝土面板施工期普遍存在开裂的问题,在前人以温度应力为主要研究对象的基础上,考虑了干缩应力,编制了温湿耦合程序并进行验证.从混凝土面板长度,面板两侧横缝约束强度,环境相对湿度和保温保湿措施方面对某堆石坝混凝土面板... 详细信息

针对堆石坝混凝土面板施工期普遍存在开裂的问题,在前人以温度应力为主要研究对象的基础上,考虑了干缩应力,编制了温湿耦合程序并进行验证.从混凝土面板长度,面板两侧横缝约束强度,环境相对湿度和保温保湿措施方面对某堆石坝混凝土面板进行了温度应力、干缩应力以及温湿耦合应力仿真计算,并对计算结果的温度、湿度、应力进行了综合的对比与分析.结果表明,当环境相对湿度为0.3,温湿耦合应力最大值是温度应力最大值的近2.46倍.当环境相对湿度为0.6,相对湿度下降相同的幅度5%,第60天拆模拉应力涨幅为第5天拆模拉应力涨幅的近2.28倍.此外,横缝约束作用将导致面板最大拉应力最大涨幅约为75%.解释了该堆石坝混凝土面板施工期裂缝成因,得出了“半定量”的关系,并提出相关的预防方法,可为类似工程提供参考.

关键词：堆石坝混凝土面板开裂温度应力干缩应力温湿耦合横缝约束

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大型渡槽温控防裂技术及发展趋势

水利水电科技进展 2011年第2期31卷 16-22页

作者：陈彦玉黄达海北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

介绍南水北调工程大型渡槽在材料性质、结构设计、施工措施等方面温控防裂的基本经验;针对渡槽薄壁结构的特点,阐述短期温度应力和温湿耦合作用下渡槽的开裂机理;从温度监测、温度场实时仿真和预报、早龄期混凝土开裂风险预报、施工信... 详细信息

介绍南水北调工程大型渡槽在材料性质、结构设计、施工措施等方面温控防裂的基本经验;针对渡槽薄壁结构的特点,阐述短期温度应力和温湿耦合作用下渡槽的开裂机理;从温度监测、温度场实时仿真和预报、早龄期混凝土开裂风险预报、施工信息平台搭建、限裂设计下渡槽混凝土温控标准制定等方面探讨渡槽温控防裂的发展趋势。

关键词：大型渡槽温控防裂温度应力温湿耦合限裂设计

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湿热区花岗岩残积土路堤湿度迁移机理研究

湿热区花岗岩残积土路堤湿度迁移机理研究

作者：姚晓琴福州大学

学位级别：硕士

我国东南沿海地区，夏季高温多雨，花岗岩分布广泛。随着高速公路建设规模的不断扩大，花岗岩残积土成为路堤主要填料之一，在路堤施工及开放交通服务期间，受地下水、大气降水、蒸发、路面结构透水、交通荷载等因素的影响，路堤湿度不... 详细信息

我国东南沿海地区，夏季高温多雨，花岗岩分布广泛。随着高速公路建设规模的不断扩大，花岗岩残积土成为路堤主要填料之一，在路堤施工及开放交通服务期间，受地下水、大气降水、蒸发、路面结构透水、交通荷载等因素的影响，路堤湿度不断变化，填土的强度与刚度下降，导致路堤沉陷、路面开裂等公路工程病害普遍存在。因此，明确路堤的湿度迁移规律及湿度变化对花岗岩残积填土的工程特性影响具有重要意义。基于以上，本文针对福建地区典型花岗岩残积填土，采用室内模型试验与数值模拟相结合，系统研究花岗岩残积填土的工程性质及在毛细作用、雨水入渗及温湿耦合作用下路堤湿度的迁移规律。采用常规土工试验、吸力试验、水平土柱吸渗试验确定非饱和花岗岩残积土的物理特性、吸力特性、水分扩散率、非饱和导水率、饱和导水率与压实度关系;改进了综合考虑土体颗粒组成的热特性参数公式;采用常规三轴试验，明确不同层位花岗岩残积土的吸力强度与饱和度的关系。基于Richard非饱和渗流方程，以体积含水量为变量，编制了一维毛细水上升有限差分程序，并采用室内毛细水上升土柱试验对程序进行验证，模拟了不同压实度、初始含水量及考虑温度变化对毛细作用的影响，建立了不同条件下毛细水上升高度与上升速度模型，确定不同压实度、初始含水量条件下路堤土的最终毛细水上升高度值。基于Richard非饱和渗流方程，以体积含水量为变量，编制一维有限差分程序，并分别采用室内一维土柱入渗试验和有限元对上述程序进行验证;以负压力水头为变量，编制成层土路堤的二维ADI有限差分程序，模拟不同降雨强度、降雨历时、路面结构条件下路堤湿度迁移规律。依据非稳态导热方程，分别编制了一维、二维ADI有限差分程序，并采用室内土柱试验进行对比验证，在此基础上，应用二维程序模拟了福建气温、太阳辐射、风速等边界条件下，花岗岩残积土路堤温度分布及季节性变化规律，同时分析了不同压实度、热导率、体积比热容对路堤温度场影响特征。综合考虑温度对水分运动参数影响，利用Matlab语言编制温湿耦合程序，模拟了降雨-毛细耦合、温度-毛细耦合、温度-降雨-毛细耦合条件下路堤内的湿度迁移，获得花岗岩残积土路堤在不同环境条件下的温度场、湿度场年变化规律。

关键词：花岗岩残积土路堤毛细水上升降雨入渗温度场温湿耦合

考虑温湿度影响的水工混凝土导热系数测试研究

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考虑温湿度影响的水工混凝土导热系数测试研究

作者：张冉三峡大学

学位级别：硕士

导热系数是混凝土大坝温控防裂的重要热学参数,其数值大小通常随混凝土组成材料的热学性能及温湿度变化而改变。大部分的混凝土大坝所在位置环境温度变幅较小,通常将混凝土导热系数视为常数,忽略了温湿度的影响。但是对于我国北方地区,... 详细信息

导热系数是混凝土大坝温控防裂的重要热学参数,其数值大小通常随混凝土组成材料的热学性能及温湿度变化而改变。大部分的混凝土大坝所在位置环境温度变幅较小,通常将混凝土导热系数视为常数,忽略了温湿度的影响。但是对于我国北方地区,混凝土大坝所在位置气温日变幅可达35℃,在此气温极端变化条件下,温湿度对混凝土导热系数的影响不可忽略。本文基于热传导基础理论,提出了最小二乘有限单元法的水工混凝土非恒定导热系数测试方法,开展了温度和湿度影响下的水工混凝土导热系数测试研究,主要研究工作如下:（1）采用试验测试与数值反算相结合的手段,提出了基于最小二乘有限单元法的水工混凝土非恒定导热系数测试方法。该方法主要包括试验测试系统和数值反算程序两部分,试验测试系统对混凝土施加温度干扰,测取混凝土内部各测点温度随时间变化的数据。数值反算程序基于最小二乘有限单元法原理编写,可将试验测试数据作为输入参数,计算得到不同温度下的混凝土导热系数。（2）开展了温度及湿度（饱和度）对混凝土组成材料导热性影响的试验测试研究。采用瞬态平面热源导热系数测试仪对粗骨料和水泥砂浆的导热系数进行了测试,结果表明,粗骨料的导热系数随温度的升高而减小,水泥砂浆导热性受温度和饱和度的影响较大,其导热能力随着温度升高、湿度增大而增强。（3）开展了水工混凝土导热性试验测试研究。利用本研究提出的非恒定导热系数测试方法,研究了骨料体积分数对水工混凝土导热性的影响,测试结果表明,水工混凝土导热性随着骨料体积分数的增加而增大。通过模拟大体积混凝土在剧烈气温变幅条件下的服役环境,测试了其导热性随温度的变化情况,结果表明,其导热性随着温度的升高呈现先减小后增大的变化规律。（4）建立了考虑温湿度影响的水工混凝土导热系数模型。将水工混凝土视为由骨料、砂浆、水、空气等物质组成的多相复合材料,根据Wiener边界理论推导了水工混凝土导热系数模型,利用混凝土组成材料的导热系数测试结果对模型参数进行了求解,并用大体积混凝土导热系数测试结果对模型的正确性进行了验证,进而分析了水工混凝土导热系数随各影响因素的变化规律。

关键词：导热系数水工混凝土温湿耦合温控防裂最小二乘有限元

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早龄期混凝土温湿度场试验研究及数值模拟

早龄期混凝土温湿度场试验研究及数值模拟

作者：张文伟西安理工大学

学位级别：硕士

混凝土在浇筑完成后经历了从流态到塑性直至最终凝固的性态变化过程,其内部同时经历了温湿度的剧烈变化,且温湿度间存在耦合作用,而由于这一时期混凝土强度较低,使得混凝土早期因为温湿度变形而造成的开裂现象十分普遍。现有的研究方法... 详细信息

混凝土在浇筑完成后经历了从流态到塑性直至最终凝固的性态变化过程,其内部同时经历了温湿度的剧烈变化,且温湿度间存在耦合作用,而由于这一时期混凝土强度较低,使得混凝土早期因为温湿度变形而造成的开裂现象十分普遍。现有的研究方法大多忽略了早龄期混凝土的性态变化过程及温湿度间的耦合作用,不足以揭示早龄期混凝土温湿度的变化规律。因此从耦合角度出发,对早龄期混凝土温湿度场进行研究,建立混凝土温湿度场间的联系对评估混凝土早期的开裂性能具有十分重要的意义。本文的主要研究内容及结论如下:首先,基于混凝土温湿度场计算理论,建立了早龄期混凝土温湿耦合模型。对三组不同水胶比(0.33、0.43、0.57)的混凝土进行了绝热温升试验和内部湿度监测试验,确定了温湿耦合模型参数的取值,并对混凝土的水化放热规律及内部湿度的分布特征进行了研究。发现混凝土水化放热速率随时间先减小后增大再减小最终趋于稳定,最大水化放热速率随水胶比的增大而减小。早龄期混凝土内部相对湿度的分布和发展同时受时间、空间和初始水分分布的影响,自干燥作用随混凝土水胶比的增大而减弱,外部干燥作用主要作用于距离干燥表面8cm的范围内。在水化反应后期,当C30、C50、C60混凝土相对湿度分别低于96%、93%、88%时,水化反应速率已接近于0。其次,以内部湿度监测试验实测数据为基础,利用BP神经网络对混凝土湿度场进行了反演,反演后的湿度场误差较小。同时对不同计算方案下的湿度场进行了模拟,发现参数变化对混凝土湿度场的影响较大。基于ANSYS参数化语言,对三种不同工况的混凝土承台温度场进行了模拟。结果表明:采用基于等效龄期的水化度模型的温度峰值和最大温差均高于传统模型,且峰值出现时间也会提前,结构各处的导热系数和比热均随着时间的推移不断降低并最终基本保持不变,但对于近似于绝热状态的结构内部,早期比热存在一个略微升高后再逐渐降低的过程。最后,采用本文所建立的温湿耦合模型及通过试验确定的模型参数,对混凝土堤防进行了温湿耦合模拟。结果表明:考虑温湿耦合后,在湿度饱和期,温度和湿度与未考虑耦合工况相同,进入湿度下降期后,温度将会偏低,湿度将会偏高,湿度扩散系数由结构内部向外部呈递减趋势,结构表面附近的湿度扩散系数已接近于0,这阻碍了外部干燥作用向结构内部的发展。

关键词：早龄期混凝土温度场湿度场水化度温湿耦合