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基于UDF热源函数的ZrCo储氢床吸氢过程传热传质分析

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重庆理工大学学报（自然科学） 2021年第2期35卷 234-242页

作者：余健王舒红王国超黄霞宋鹍路世青丁军重庆理工大学机械工程学院重庆400054

为了研究双层薄壁式ZrCo储氢床吸氢过程的传热传质特性,建立了一个三维吸氢数值模型,采用Fluent软件进行流体动力学模拟分析,并运用用户自定义函数编写相应热源函数程序来模拟吸氢反应过程中释放的热量。分别从供氢压力、冷却管直径和... 详细信息

为了研究双层薄壁式ZrCo储氢床吸氢过程的传热传质特性,建立了一个三维吸氢数值模型,采用Fluent软件进行流体动力学模拟分析,并运用用户自定义函数编写相应热源函数程序来模拟吸氢反应过程中释放的热量。分别从供氢压力、冷却管直径和传热翅片数量方面对储氢床的传热传质性能进行了研究,结果表明:随着供氢压力从0.03 MPa提高到0.5 MPa,储氢层温度峰值升高了41 K,在反应100 s时,吸氢量由0.95增加到1.62。当冷却管直径由4mm增加到12 mm时,储氢层温度峰值降低了7 K,在反应100 s时吸氢量增加了17%。在加入了24个传热翅片后,储氢层最高温度比未加入传热翅片时下降了18 K,在反应100 s时吸氢量增加了33%。

关键词： ZrCo合金吸氢传热传质 UDF 热源函数

多因素耦合效应下的混凝土热源函数和导热函数时变模型

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多因素耦合效应下的混凝土热源函数和导热函数时变模型

作者：蒋宇翔湖南科技大学

学位级别：硕士

大体积砼构件,作为现代桥梁施工中的一个主要构件类型,其开裂问题历来是施工人员较为关心的问题之一。为了指导施工,减少温度裂缝的发生,可进行模拟计算,制定各施工阶段的具体温度控制措施。然而,用于大体积混凝土有限元分析温度场和应... 详细信息

大体积砼构件,作为现代桥梁施工中的一个主要构件类型,其开裂问题历来是施工人员较为关心的问题之一。为了指导施工,减少温度裂缝的发生,可进行模拟计算,制定各施工阶段的具体温度控制措施。然而,用于大体积混凝土有限元分析温度场和应力场分析的热学参数,该数值的求取方式通常情况下是通过实验和经验计算这两种。而试验成本高、耗时长,很少使用,经验计算的求取方式又存在一定的误差,且这些参数在施工期间受温度、时间和空间、荷载、施工条件等因素的影响,这往往会导致所采用的参数失真,在进行大体积混凝土的温控过程中,对于温控的结果存在的误差不可预估,所以,也正因为这种情况,导致相关的操作人员不能够正确的调控温度,从而引发部分大体积混凝土生产出来的结构存在有一定的裂缝。为了解决这一问题,本文在已有研究成果的基础上,通过简单的实验对热源函数进行修正,建立了多因素条件下的导热系数时变模型。将其应用于大体积混凝土的有限元模拟,以提高有限元模型的精度,从而降低大体积混凝土的开裂风险。本文的主要研究内容和成果如下:(1)通过热导式等温量温仪测试法(测试精准稳定但成本较高且测试时间不能过长)、自制室内试验装置采用半绝热法(成本低,精准度较小,可简易用于施工现场)、矿物成分法计算水泥水化热量(成本低,但只能用于计算特定龄期下产生的总热量)。并依据此得到一个修正后的按水化反应速率变化的四段式热源函数的时变模型,并将其应用于后续的有限元模拟中以减小目前大体积混凝土水化热模拟中因热源函数不准确产生的误差。(2)依据TPS瞬态平面热源法,使用导热系数测试仪,测试了在不同因素影响下的水泥水化过程的导热系数的变化曲线,研究的成果:分析了水泥类型、水胶比、龄期、养护温度、砂率对导热系数的影响规律,对混凝土导热系数影响因素从大到小依次为:水胶比>养护温度>龄期>水泥类型>含砂量>外掺剂。并根据实验结果得到,终凝前,导热系数随着龄期的增长而呈线性增长,终凝后,混凝土的导热系数随龄期的增长而呈非线性递减。于是依据此规律建立了双折线式多因素耦合效应下的导热系数时变模型。并将其应用于后续的有限元模拟中以减小目前大体积混凝土水化热模拟中因导热系数为一个经验定值而产生的误差。(3)对于大体积混凝土水化放热过程的模拟,将得到的热源函数模型、导热系数时变模型代入有限元模拟中,将其与常规混凝土热力学参数设置的有限元模型结果以及实测结果进行对比,由此可得出修正过后的热源函数以及导热系数时变模型可以将误差值缩小50%左右。

关键词：导热函数时变模型热源函数大体积混凝土有限元分析

基于半绝热法的现场大体积混凝土水化热预测方法研究

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土木工程 2024年第8期13卷 1496-1505页

作者：宋健舒小娟蒋宇翔沈明燕上海振华重工(集团)股份有限公司上海湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭

在大体积混凝土施工过程中,控制浇筑时的水化热是确保施工质量的关键步骤。目前,主要通过有限元仿真计算来模拟浇筑过程中体系温度的变化。然而,有限元分析得到的模拟数据与实测数据存在较大差距,只能通过后期调整有限元模型的参数来逼... 详细信息

在大体积混凝土施工过程中,控制浇筑时的水化热是确保施工质量的关键步骤。目前,主要通过有限元仿真计算来模拟浇筑过程中体系温度的变化。然而,有限元分析得到的模拟数据与实测数据存在较大差距,只能通过后期调整有限元模型的参数来逼近实测数据,无法有效指导施工。为了解决这一问题,本文提出了一种基于半绝热法的现场大体积混凝土水化热预测方法。利用自制的简易水化热测试装置测定实际配合比下混凝土的绝热温升曲线,通过推导得到修正的热源函数模型,并结合实验室标定的水泥水化过程中导热系数函数的时变模型,对有限元分析模型进行修正,使其更加符合实际情况,更贴近实测水化热数据。通过实际工程案例的实测数据与有限元模拟结果的分析,发现此方法可以有效减少有限元模拟结果与实测数据的误差,更有效地指导现场施工,对于控制大体积混凝土水化热引起的温度应力裂缝具有重要意义。Controlling the hydration heat during the pouring of mass concrete is a crucial step to ensure construction quality. Currently, finite element simulation is primarily used to model the temperature variations during the pouring process. However, significant discrepancies often exist between the simulated data from finite element analysis and the actual measured data. These discrepancies can only be minimized by post-adjustment of the finite element model parameters, which is insufficient for effective construction guidance. To address this issue, this paper proposes an on-site prediction method for the hydration heat of mass concrete based on the semi-adiabatic method. A self-made, simple hydration heat testing device is used to determine the adiabatic temperature rise curve of concrete with the actual mix proportions. By deriving a corrected heat source function model and integrating a time-varying thermal conductivity function model calibrated in the laboratory during the cement hydration process, the finite element analysis model is adjusted to better align with real conditions and closely match the measured hydration heat data. Analysis of measured data from practical engineering cases and finite element simulation results demonstrates that this method effectively reduces the error between simulated and measured data. It provides more reliable guidance for on-site construction and is significant for controlling temperature-induced stress cracks in mass concrete due to hydration heat.

关键词：大体积混凝土水化热半绝热法热源函数有限元分析

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重复压裂气井热-固耦合应力场拟三维模型

天然气地球科学 2015年第11期26卷 2131-2136页

作者：赵金洲尹庆李勇明唐志娟西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500

初次人工裂缝周围的应力场变化是影响重复压裂气井裂缝转向的关键因素。为研究人工裂缝和低温液体热—固耦合作用下应力场的变化情况,采用位移不连续法(DDM)与热源函数理论,考虑远场地应力作用、缝内压力非均匀分布及热效应,建立了重复... 详细信息

初次人工裂缝周围的应力场变化是影响重复压裂气井裂缝转向的关键因素。为研究人工裂缝和低温液体热—固耦合作用下应力场的变化情况,采用位移不连续法(DDM)与热源函数理论,考虑远场地应力作用、缝内压力非均匀分布及热效应,建立了重复压裂气井热—固耦合拟三维模型并得到其半解析解,可用于重复压裂气井的裂缝扩展模拟,计算结果明确了压裂液注入后裂缝周围应力场的分布及参数的影响情况。模拟计算表明,垂直裂缝面方向最小水平主应力增加值与增加范围均大于最大水平主应力,使应力转向区主要分布在裂缝壁面附近,有利于应力场发生转向,但同时该区域的破裂压力也相应增加。压裂液的注入在裂缝周围产生了很小的张性应力,对新裂缝的起裂与转向帮助不大,应力重定向的关键影响因素是缝内净压力。因此,封堵初次裂缝尖端不仅能阻止新裂缝沿原裂缝方向延伸还能提高缝内净压力,为重复压裂气井的定向射孔及缝内暂堵技术提供了理论依据。

关键词：重复压裂应力转向热固耦合位移不连续法热源函数

变热源强度温度荷载作用下非饱和土中的水分迁移规律研究

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岩石力学与工程学报 2006年第z2期25卷 4153-4159页

作者：白冰刘大鹏北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 华中科技大学湖北武汉430074

给出非饱和土中热能传输和水分迁移的耦合控制微分方程。假定无限介质内热源的存在引起周围多孔介质内温度的瞬态变化和水分的迁移和扩散。利用多重Fourier变换、Laplace变换给出其在变换域上的解,然后利用热源函数法给出瞬时点热源条... 详细信息

给出非饱和土中热能传输和水分迁移的耦合控制微分方程。假定无限介质内热源的存在引起周围多孔介质内温度的瞬态变化和水分的迁移和扩散。利用多重Fourier变换、Laplace变换给出其在变换域上的解,然后利用热源函数法给出瞬时点热源条件下非稳态温度场、体积含水率分布场的解析求解方法。通过在时间域上和空间域上进行积分,建立热源强度随时间变化的球域热源情况下的数值积分求解方法,给出温度场作用下多孔介质内水分迁移的演化规律和分布特征。

关键词：土力学非饱和土体水分迁移热源函数数值积分耦合分析