一种计算大体积混凝土水管冷却温度场的方法技术

本发明专利技术提供一种计算大体积混凝土水管冷却温度场的方法。本发明专利技术首先给定混凝土的初始温度场，然后判断冷却水管是否通水，如果不通水则直接进行计算，如果通水执行以下步骤：计算混凝土内冷却水管的沿程水温；把广义水管节点视为普通节点，按传统方法合成整体矩阵；将形成的式矩阵加入整体矩阵中；进行求解，得到下一时步混凝土水管冷却温度场。本发明专利技术将水管信息隐含在已有单元的节点上，降低了前处理的工作量；同时建立了水管冷却温度场的有限元计算格式和水管沿程水温计算公式，在计算过程中无需迭代，保证了求解速度，同时又能反应水管附近的温度变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于大体积混凝土施 工

技术介绍
大体积混凝土的施工工程中，由于水泥水化放热，早期混凝土的温度将升高。在降 温阶段会在混凝土内部产生拉应力。为了控制混凝土内的温度应力，常在大体积混凝土施 工工程中埋设冷却水管以通水降温。温度控制是大体积混凝土施工过程中的一项重要措 施。水管冷却温度场计算的难点在于，混凝土内部水管数目众多，如果对每根水管都进行离 散，必将造成模型的单元数目剧增。同时，水管中的水温沿程变化，给水管冷却温度场的计 算带来极大困难。混凝土水管冷却温度场的计算方法可以分为3类第一类是以等效热传导方程为基础的等效方法，参见文献《考虑水管冷却效果的混凝 土等效热传导方程》，朱伯芳，水利学报，1991 (3) :28 - 34。等效方法是在平均意义上考 虑的冷却效果，把冷却水管看成负热源，通过建立等效热传导方程求解，所需计算机内存较 小，在工程领域中得到了广泛的应用，其缺点是不能反映冷却水管中水温的变化对混凝土 温度场的影响。第二类是水管冷却理论解与有限元结合的计算方法，参见文献《水管冷却理论解 与有限元结合的计算方法》麦家煊，水力发电学报，1998 (4) :31 - 41。较等效热传导方法相 比，水管冷却理论解与有限元结合的计算方法考虑了水管水温的变化，其缺点是需要求解 出复杂的理论解，在混凝土薄壁结构中计算误差比较大。第三类是将冷却水管直接离散模拟的计算方法。参见文献《混凝土水管冷却温度 场的计算方法》，朱岳明、徐之青、贺金仁，长江科学院院报，2003，2(K2) :19 - 22。随着计 算性能的不断发展，能体现水管附近的温度变化的水管离散方法越来越受到重视。在已有 的离散方法中，水管沿程水温要么需要迭代，要么不能同时适用于各种材质的冷却水管。在现有混凝土水管冷却温度场计算中，只有直接方法能直接计算水管的沿程 水温，参见文献《模拟混凝土水管冷却效应的直接方法》，刘晓青、李同春，水利学报， 2009(7) 892-896。其缺点在于只能直接计算铁管的沿程水温，对于塑料管中的沿程水 温需画出塑料管的网格，前处理复杂，影响计算速度。
技术实现思路
本专利技术的所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺点，提供一种计算大体积混凝 土水管冷却温度场的计算方法，能直接计算出冷却水管中的沿程水温。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案一种计算大体积混凝土冷却温度场的方法，包括如下步骤 步骤1、给定混凝土的初始温度场；步骤2、判断冷却水管是否通水，如果通水转到步骤3，如果不通水直接形成刚度矩阵 转到步骤6 ；步骤3、计算混凝土内冷却水管的沿程水温；步骤4、将广义水管节点视为混凝土的非边界节点，即内部节点，利用变分原理形成各 个单元的单元矩阵，然后按编码法合成整体矩阵；步骤5、将水管水温边界荷载矩阵按编码法加入整体矩阵中； 步骤6、利用逐步超松弛共轭梯度法求解方程，得到下一时步混凝土水管冷却温度场； 步骤7、判断是否达到计算总时间，当达到计算总时间则结束计算，当未达到计算总时 间则返回步骤2。上述步骤4中按编码法合成整体矩阵属现有技术，具体步骤参见《有限单元法原 理及应用》第三版，朱伯芳，中国水利水电出版社，2009 271-284。上述步骤6中逐步超松弛共轭梯度法求解方程属现有技术，参见文献《对称逐 步超松弛预处理共轭梯度法的改进迭代格式》，林绍忠，数值计算与计算机应用，1997 (4) 266-270。进一步的，本专利技术的计算大体积混凝土冷却温度场的方法，步骤3中计算混凝土 内冷却水管的沿程水温的方法如下权利要求1.一种计算大体积混凝土冷却温度场的方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤1、给定混凝土的初始温度场；步骤2、判断冷却水管是否通水，如果通水转到步骤3，如果不通水直接形成刚度矩阵 转到步骤6 ；步骤3、计算混凝土内冷却水管的沿程水温；步骤4、将广义水管节点视为混凝土的非边界节点，即内部节点，利用变分原理形成各 个单元的单元矩阵，然后按编码法合成整体矩阵；步骤5、将水管水温边界荷载矩阵按编码法加入整体矩阵中； 步骤6、利用逐步超松弛共轭梯度法求解方程，得到下一时步混凝土水管冷却温度场； 步骤7、判断是否达到计算总时间，当达到计算总时间则结束计算，当未达到计算总时 间则返回步骤2。2.根据权利要求1所述的计算大体积混凝土冷却温度场的方法，其特征在于，步骤3中 计算混凝土内冷却水管的沿程水温的方法如下3.根据权利要求1所述的计算大体积混凝土冷却温度场的方法，其特征在于，步骤5所 述水管水温边界荷载矩阵为全文摘要本专利技术提供。本专利技术首先给定混凝土的初始温度场，然后判断冷却水管是否通水，如果不通水则直接进行计算，如果通水执行以下步骤计算混凝土内冷却水管的沿程水温；把广义水管节点视为普通节点，按传统方法合成整体矩阵；将形成的式矩阵加入整体矩阵中；进行求解，得到下一时步混凝土水管冷却温度场。本专利技术将水管信息隐含在已有单元的节点上，降低了前处理的工作量；同时建立了水管冷却温度场的有限元计算格式和水管沿程水温计算公式，在计算过程中无需迭代，保证了求解速度，同时又能反应水管附近的温度变化。文档编号E04G21/02GK102134911SQ20111010648公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日专利技术者刘晓青, 朱优平, 李同春, 牛志伟, 程井, 赵兰浩 申请人:河海大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种计算大体积混凝土冷却温度场的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤１、给定混凝土的初始温度场；步骤２、判断冷却水管是否通水，如果通水转到步骤３，如果不通水直接形成刚度矩阵转到步骤６；步骤３、计算混凝土内冷却水管的沿程水温；步骤４、将广义水管节点视为混凝土的非边界节点，即内部节点，利用变分原理形成各个单元的单元矩阵，然后按编码法合成整体矩阵；步骤５、将水管水温边界荷载矩阵按编码法加入整体矩阵中；步骤６、利用逐步超松弛共轭梯度法求解方程，得到下一时步混凝土水管冷却温度场；步骤７、判断是否达到计算总时间，当达到计算总时间则结束计算，当未达到计算总时间则返回步骤２。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱优平，李同春，刘晓青，赵兰浩，牛志伟，程井，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：84