碾压混凝土坝的散热计算

2011-04-23 07:52吴一匡
水电站设计 2011年2期
关键词:中间层温度场水化

吴一匡

(浙江水利水电专科学校,浙江 杭州 310018)

1 前 言

中国从20世纪80年代引进碾压混凝土筑坝技术以来,已建成46座坝,其中最高的是四川沙牌拱坝高130m。碾压混凝土筑坝明显造价低,简化工艺,工期快,间歇期短散热差,仓面大横向散热更差,因此更应注意控制温度。本文为此提出了温度场计算公式,算出高温区大小。

2 中间层混凝土传热

设T是温度(℃),t是时间(d),y坐标0点在中间层中央,a是混凝土导温系数(m2/d),对于热传导微分方程

式中 Ti——温度中间层混凝土初始温度,℃;

T0——上下各层混凝土的温度,℃。

Ti向上下层传热。把式(2)微分2次,即可证明满足微分方程(1)。

3 顶面下第一层混凝土天然降温

顶面在1个间歇期的散热,用热源与热汇的理论来计算,即把正负二个式(2)迭加,造成T=0的顶面线,得到1个间歇期末混凝土浇注层的剩余温度场是:

式中 δ——第三类边界空气层厚度,m。

y轴0点在顶面,y向下为正,下式同。

4 许多层混凝土天然降温

把上式迭加,温度场是:

式中 n——层数;

T0——连续浇注t天的平均气温;

Ti——每层混凝土浇注入仓温度,一般等于日气温,但是加冰后或預冷骨料后混凝土入仓温度下降。

顶面下第1层n=1,顶面下第2层n=2.....,从上向下编号,1天浇注1层t=n,1天浇注2层t=2n,1天浇注3层t=3n,余类推。

[例题1]碾压混凝土毎层厚h=0.3m,毎层间歇期t=1d,月气温T0=12℃,空气边层厚δ=0.1m,混凝土导温系数a=0.096m2/d,混凝土加冰开工日浇注入仑温度8℃,以后受气温上升影响,每日上升0.1℃,混凝土浇注入仓温度Ti=8+0.1n,1天浇注1层,试计算28天连续浇注28层混凝土的剰余温度场。

代入式(4),28天连续浇注28层混凝土的温度场是:

式中y轴的0点在顶面上0.1m处,时间t是倒计时,t天 =n层,每1个y值要算28项,用电子计算器FOR-NEXT循环语句,算岀每1个y m处的浇筑剰余温度T,登记在表1。从表1可看岀加冰的效果。

5 水化热

绝热混凝土水化热极限升温θ0,绝热混凝土水化热升温θ=θ0[1-exp(-m t)],式中m是水泥发热速率1/d,混凝土浇注层的水化热发散,用时差法求解,引进一个輔助时间参数τ,在增量dτ里,T0=0,则 Ti=dθ= θ0m exp[- m(t- τ)]dτ。将 Ti代入式(4),再积分得混凝土多层的水化热升温场:

用拋物线积分法,把τ分为4个子区间,水化热升温场是:

[例题2]混凝土浇注层同例题1,绝热混凝土水化热升温θ(t)=24[1 -exp)(-0.318t],试计算t=n=28层混凝土的水化热温度埸。

解:由式(5)得:

按上式算岀的水化热升温见表1。从表1可看岀,最高温度在y=3.7m,水化热T=23.2℃,接近θ0=24.0℃。

表1 28天连续浇注28层混凝土的温度 ℃

[1]F P Lncropera,等.传热和传质基本原理[M].北京:化学工业岀版社,2007.

[2]李翼.龙滩水电站水工碾压混凝土质量控制要点[J].水电站设计,2006(1).

[3]吴一匡.混凝土坝逐层浇注水化热的计算[J].混凝土坝技术,2001(4).

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