寒旱地区混凝土箱形渡槽湿热耦合效应

针对冬季渡槽的湿热全耦合效应问题,避免渡槽在冬季输水过程中出现裂缝现象,以寒旱地区引洮工程柳林沟渡槽为工程背景,利用湿热耦合传输理论分析,实测2023年1月5—20日的环境温度、环境湿度及风速,采用Fluent有限元软件建立了不同环境参数的混凝土箱形渡槽温度场、湿度场、湿热耦合场有限元模型,并分析不同工况对冬季渡槽的非耦合和全耦合状态下的变形影响。分析结果表明,渡槽通水时冬季最不利温差为-14.7℃,不通水时为-6.3℃;渡槽通水时冬季最不利横向温差为-10.2℃,不通水时为-6.2℃;在湿度扩散过程中,沿板厚方向湿度由内向外逐渐减小,且吸水速度随时间的增大而减小;在湿热耦合过程中,全耦合场温度值小于非耦合场温度值,湿热全耦合作用的挠度变化值小于湿热非耦合作用下的挠度变化值,湿热耦合作用的拉应力小于湿热非耦合作用下的拉应力值,因此,湿热全耦合作用对渡槽结构变形有利。

膨胀土堑坡变形的湿热耦合效应及其与降雨历时的关系

在广西南宁地区建立了不同开挖坡度的膨胀土边坡,通过现场试验论证出堑坡变形与降雨历时的关系,并分析其湿热耦合效应。历时两个雨季和一个旱季的试验结果表明,坡面水平变形与降雨持续时间具有较好的相关性,只有在一定雨强下持续的降雨过程才能使边坡产生较大的变形;土体含水量变化是影响边坡变形的主要因素,而温度变化是促进因素,二者的耦合作用使得膨胀土边坡趋向不稳定;在考虑膨胀土边坡的渗透特性后,建立了堑坡变形与降雨历时的关系,表达式可用于预测边坡总变形量,也可换算成变形速率对陡坡的变形突变进行预警,具有较强的工程适用性。同时,监测结果也表明,在采用植被防护后膨胀土边坡的变形迅速减小,说明植被护坡是一种有效的堑坡防护方式。

计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法

根据混凝土的多孔介质特点和多孔介质湿热传输理论,给出了一种计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法.该方法的计算过程包括"温湿度分布的解析法求解"、"湿度分布向湿度应力转换的公式计算"和"湿热耦合变形的有限元分析"三部分.同时介绍了基于VisualBasic调用Matlab和ANSYS的编程策略通过混合编程开发的混凝土湿热耦合计算分析程序CTMSoft.根据所提出的解析-有限元结合解法,利用自行开发的CTMSoft程序对实际工程结构混凝土变形进行了数值计算,与现场实测及光纤光栅监测结果的对比分析表明了该计算方法和程序的合理性和有效性.

木材动态黏弹性的湿热耦合效应

采用动态热机械分析仪（DMA Q800）,在一系列恒定温湿度场（温度：25-90℃,湿度：0-93%）中测定不同含水率（0-19.39%）人工林杉木木材试样的贮存模量和损耗因子在550 min湿热耦合作用过程中的经时变化,研究湿热耦合作用对木材动态黏弹性的影响。结果表明：湿热耦合作用可以降低木材半纤维素和木质素的玻璃化转变温度。对于全干材试样,没有出现木材软化现象;对于含水率为5.88%-13.36%的木材试样,可在40-60℃温度域内观察到半纤维素的湿热软化现象;对于含水率为9.08%-19.39%的木材试样,当温度高于50℃时可观察到木质素的湿热软化现象。研究表明,升高温度或增加木材含水率均能缩短引起半纤维素和木质素发生软化的热作用时间。

大气作用下红黏土路基的湿热耦合数值分析

针对红黏土路基边坡受大气和车载耦合作用极易发生浅层滑塌等病害问题,以厦成高速湖南郴州段的红黏土路基为背景,利用湿热耦合数学模型,结合郴州地区实测的气象数据,采用多场耦合软件模拟了环境因素作用下路基的温度场、水分场的演化规律。计算结果表明:大气温度的年平均影响深度约为3 m,日影响深度约为0.5 m;路基边坡水分部分受降雨和蒸发影响,路基底部水分受地下水毛细上升控制,路基内部水分受温度和湿度的耦合影响。

环境气候条件下土壤冻融过程中湿热耦合作用模型研究

基于Harlan模型和Darcy定律,综合考虑环境气候因素和水热特征参数对湿热迁移影响,建立了环境气候条件下季节性冻土区土壤冻融过程中湿热耦合作用模型。根据地表能量交换平衡原理推导出边界条件。依据实测数据回归分析出土壤湿热特征参数表达式。采用全隐式有限差分格式和TDMA迭代法对内蒙古锡林浩特地区冻结期间土壤湿热迁移规律进行了数值模拟。温度计算值和实测值比较一致,最大误差不超过2.5℃,说明该模型具有较高的准确性。利用该模型仅通过气象资料和湿热特征参数就可预测季冻区土壤冻胀和田间湿热分布状况并能够用来指导农田工程建设和农业生产。

共轭梯度法求解稳态湿热耦合多宗量反问题

采用等参单元在空间上进行离散,建立了便于正演和反演的有限元模型,可直接求导进行敏度分析.对于反问题,采用最小二乘法建立目标函数,应用共轭梯度技术进行求解,对湿热物性参数和边界条件进行了多宗量联合反演,给出了相关的数值验证.数值验证取得了令人满意的结果,并对信息测量误差影响作了初步探讨.

混凝土材料湿热耦合变形研究进展

文章从混凝土湿热变形、混凝土湿热耦合传输模型及混凝土湿热耦合模拟计算方法等方面进行回顾和总结,详尽分析了混凝土材料湿热耦合变形研究的现状和存在的问题。由于在生产建设与混凝土结构服役期内,混凝土材料与结构受到的季节或昼夜温湿度变化可以用周期性的环境温湿度变化来描述,混凝土变形开裂机理也应考虑"湿热应力疲劳效应"及其损伤演化进行研究。

混凝土湿热耦合模拟分析程序软件的开发与应用

为了利用计算机技术对混凝土湿热耦合传输及变形进行数值模拟分析,并在实际工程结构变形预测中有效应用,根据提出的基于Visual Basic调用Matlab及ANSYS的软件开发策略,通过混合编程开发了混凝土湿热耦合数值模拟计算程序软件(CTMSoft)。利用CTMSoft对实际工程结构中混凝土的湿热传输及变形进行了数值模拟,模拟分析结果与现场实际试验及结构监测结果一致,证实该方法和程序软件是正确有效的。

大体积混凝土湿热耦合研究

从传热传湿的机理出发,结合水工混凝土特点,建立了以温度和含水量为基本变量,含内热源和内湿源的大坝混凝土湿热耦合传导模型,实现了基于交替变量的伽辽金(Galerkin)法的混凝土湿热传导耦合模型的有限元求解.该方法可用于大坝混凝土湿热耦合传导过程的仿真计算与分析,为混凝土坝采用保温保湿的方式来防止混凝土裂缝提供科学依据.

混凝土自锚式悬索桥结构湿热耦合效应分析

该文在传统无应力状态法与湿热非线性耦合传导控制方程的基础上,得到考虑耦合效应的混凝土温度场与湿度场,从而进一步对混凝土自锚式悬索桥结构湿热耦合效应进行分析。通过计算求解,得到目标时间状态下混凝土自锚式悬索桥结构变形、内力等。

裂隙膨胀土边坡的湿热耦合特性及稳定性研究

为探究湿热耦合作用对裂隙膨胀土边坡的具体影响,将裂隙假定为无强度、无重度、渗透系数足够大的材料,建立数值分析的裂隙膨胀土边坡模型,进行时程为31 d的降雨蒸发模拟.对初始状态、干旱结束点、大暴雨结束点、二次干旱结束点和大雨结束点五个特殊时间点的温度场和湿度场进行分析,并监测全时程的安全系数变化.结论如下:坡顶和坡脚处的地表温度随时程变化分别表现为累积和消散现象,并且会在裂隙处产生一种温度“集中”效应;边坡受裂隙与下部土体渗透性差异的影响,形成局部的上层滞水现象,并对体积含水量和孔隙水压力的分布产生特殊影响;裂隙膨胀土边坡的安全系数随时程呈现先升高后降低的变化趋势,边坡的稳定性受大暴雨影响剧烈降低,并且这种降低在后续的干旱时程中持续发生.

湿热耦合环境下碳纤维布加固混凝土界面耐久性能

为研究碳纤维补强聚合物加固混凝土结构在湿热环境下的耐久性能,通过对不同湿热耦合作用下36个CFRP-混凝土试件进行试验研究,分别进行5 d、10 d、15 d的加速湿热老化,并对其进行双剪试验,分析了不同温度、湿度的耦合作用下CFRP-混凝土界面的破坏形态、极限承载力、应变分布及相对位移等力学参数,进而分析湿热耦合环境对界面力学性能及黏结耐久性能的影响。结果表明:湿热老化作用后,CFRP-混凝土界面的界面力学性能有所退化;高温高湿耦合作用对界面的力学性能影响较大,15 d湿热腐蚀后,极限荷载、极限位移、CFRP应变较室温组试件分别下降26. 11%、25. 77%、40. 33%;湿热腐蚀介质渗入黏结界面,引起应变传递及位移发展更为迅速,对加固结构耐久性造成了损伤。

湿热耦合作用对消防隔热防护服的影响

采用TG-DSC热分析仪分析消防隔热防护服各层面料热降解性能。模拟实际应用中外部和内部的湿热环境,研究湿热耦合作用对消防隔热防护服防护性能的影响。实验表明:单一外部和内部的湿热环境对隔热服防护性能的影响随着水分的增加都呈现先减小后增大的趋势。外部湿热环境和内部湿热环境共同作用下,内部湿热环境条件固定时隔热服防护性能随水分增加先增强后减弱,外部湿热环境条件固定时防护服防护性能随水分增加而增强。

湿热耦合作用下消防员的热应激规律研究

选取5名身体健康且体能达标的消防员、9个温湿度条件,分别在不同温湿度条件下进行轻度、中度、重度强度下功率自行车运动20 min,实时监测其心率、血压、耳温及耗氧量等生理指标,研究其生理热应激规律。

火场湿热耦合环境模拟实验平台设计

为了确定消防员在火场中的耐热极限,建立火场湿热耦合环境模拟实验平台。该平台由智能控制柜、实验舱、气体储存罐三部分组成,可以进行消防员在湿热耦合环境下受到的热伤害实验、水喷淋系统灭火有效性实验等多种实验。通过调节火焰喷头、水喷淋系统可模拟不同火场环境。利用温度计、热流计等测量火场温度、消防服内部温度、热辐射强度等数据,建立湿热耦合环境下消防员安全预测模型,可预测湿热耦合环境对消防员健康的影响。

水泥基材料热湿耦合传输性能

通过大气环境下水泥基材料热湿耦合传输试验,考察了温湿度梯度对湿传输、温湿度分布的影响。试验结果表明,湿传输随着温湿度梯度的增大而加快,且温度梯度比湿度梯度对湿传输的影响大;温度梯度比湿度梯度对温度分布的影响大;温湿度梯度对相对湿度分布的影响都比较大。因此,在水泥基材料热湿耦合传输过程中,水泥浆的湿传输比砂浆快,且应考虑热传输对湿传输的影响,但湿传输对热传输的影响可以忽略。计算结果表明,热湿耦合传输模型对水泥基材料具有较好的适用性。

能源连续墙对室内侧壁面热湿耦合传递行为的影响

目前国内外针对能源连续墙的研究主要集热交换性能,鲜有研究关注其对邻近地下建筑热湿环境的影响。本文通过建立热湿耦合传递三维数值模型,研究了能源连续墙对相邻地下室墙体壁面热湿状态和与室内环境热湿交互通量的影响。研究结果表明,能源连续墙的运行明显改变了室内侧壁面的热湿流方向和热湿流密度大小;与纯传热结果相比,虽然传湿过程对壁面温度的影响小于0.2℃,但是这部分差异会造成显热热流密度预测偏差超过10%;不计潜热热流会造成对地下室内热负荷的低估超过2.4%;绝缘层的隔热防潮作用能够阻碍流向室内的热量和湿汽。

热-湿-力耦合作用对高温后方钢管混凝土短柱轴压力学性能影响试验研究

火灾发生时钢管混凝土内部会产生水蒸气,为探讨热-湿-力耦合作用对高温后方钢管混凝土轴压力学性能的影响,进行了10根高温后方形钢管混凝土短柱轴压力学性能试验,研究排气孔数量、布置位置、轴压比和升温时间等参数对其破坏形态、轴压刚度与剩余承载力等力学性能的影响。试验结果表明,试件破坏形态表现为压溃破坏;在其他参数相同的情况下,与升温前相比,随着排气孔数量从2个增加至4个和6个,轴压刚度分别降低了69.1%、73.3%、76.4%,剩余承载力分别降低了15.8%、16.2%、21.7%。轴压刚度随轴压比的增大而降低;随着升温时间的延长,剩余承载力先随轴压比的增大而增大,后随轴压比的增大而减小。研究结果可为钢管混凝土柱的抗火设计和该类结构火灾后的损伤评估与加固提供参考。

纳米纤维包芯纱截面方向热湿耦合传递过程的模拟

针对纳米纤维包芯纱截面热湿耦合传递过程难以直接测试的问题,利用有限元仿真软件COMSOL对纳米纤维包芯纱的截面进行建模及参数化设置,使用多物理场耦合的方式模拟了纳米纤维包芯纱截面方向的热湿传递过程,以探寻水分和热量在纱线内部传递的规律。建立了不同纳米纤维含量及孔径的纳米纤维包芯纱模型,探寻热湿耦合传递速度的影响因素与规律。研究结果表明:相同时间内纱线内部水分传递速度快于热量的传递,且在相同的流入速度下,纳米纤维的引入能够加速水分在纳米纤维包芯纱中的传递速度,比棉纱的水分传递速度提高了28.3%;此外,适当增加纳米纤维的含量,纳米纤维包芯纱的热湿耦合传递速度有一定的提高(约11.8%);随着纳米纤维孔径的减小,孔径数量增多,纳米纤维包芯纱的水分传递速度提高至90%(与棉纱相比),传热速度增加显著,证明纳米纤维包芯纱的热湿耦合传递过程中导湿和传热呈现正相关性。