基于实测的桩基埋管换热性能和温变沉降特征分析

通过对江苏某实际工程传统钻孔单U和并联双U埋管、桩基并联双U及并联双螺旋埋管换热器进、出口水温、流速的实测,以单位井深换热量为性能指标,结合经济性指标E,对比分析了4埋管换热器换热性能和经济性的差别。分析了桩基埋管换热器运行过程中冷、热堆积对其换热性能的影响。进一步对桩基埋管换热器进行了温度-荷载联合测试,模拟冬、夏两季能源桩承载运行的取、放热工况,获得了能量桩的桩身温度分布和桩顶动态沉降曲线,分析了桩顶换热过程中因热胀冷缩而产生位移的规律性,指出桩顶沉降累积量过大会导致桩基失稳,这一点在能量桩的设计阶段应注意加以考虑。     

基于监测数据的土壤源热泵系统设计优化分析

针对建筑中地源热泵系统实际地下换热过程复杂、设计困难等问题,以苏州地区某浅埋式地源热泵系统为研究对象,运用TRNSYS软件搭建地源热泵仿真模型,对一定条件下埋管内冷却水流速与地源热泵系统性能的耦合关系进行了模拟分析。仿真结果表明相同蓄热体积下埋管深度对系统性能影响较小。增大冷却水流速有利于土壤温度恢复,但系统耗电量增加。该浅埋式地源热泵系统冷却水流速1~2 m/s均在合理范围内,且埋管深度越大,最佳设计流速越小。     

太阳能-桩储热技术经济性分析

太阳能-桩储热技术是利用太阳能辐射和混凝土桩内埋设换热管储热,可以减少土壤源换热管打井的工作量及灌浆回填等工序.通过对太阳能-桩储热技术的经济性分析,得出该技术造价相对于土壤源热泵系统可以节省25％左右的打井费用,经济效益巨大,是高效开发与利用太阳能和地下热能的一种新方法.     

滚石作用下埋地钢管道动力响应数值模拟分析

研究滚石-土-埋地钢管道组成的多元体系在冲击荷载作用下的动力响应.依据三维动态接触面算法构建滚石、土体和管道相互作用的力学模型及有限元分析模型,并采用LS-DYNA有限元软件从滚石初动能、冲击夹角、模拟临界状态等方面对滚石冲击荷载作用下埋地钢管道的动力响应进行数值模拟分析.研究得到了管道在滚石垂直或不同冲击角度撞击条件下的应力、位移变化规律,并在管道破坏临界状态下模拟出滚石初动能与滚石落地点距管道中心水平距离的关系.滚石撞击过程中,管道上各节点位移先增加后减小,出现反弹.本研究对埋地钢管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值.     

基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究

为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示：低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。     

热力耦合作用对桩及桩间土拱效应的影响研究*

为研究负温对桩侧应力及桩间土拱效应的影响，通过FLAC3D软件模拟热力耦合作用下新型排桩冻结法中桩间土拱效应的变化及温度效应下的桩间距，并根据巴霍尔金单排管冻结稳态温度场解析解，建立冻结壁平均温度区域解。研究结果表明:桩土接触面的应力分量τxy近似线性变化，应力分量σx近似均匀分布，温度降低对应力分量τxy的分布影响较小，但对应力分量σx的影响较大；负温使桩间距发生变化，且整体平均应力的分布也更加均匀化；通过与巴霍尔金解析解对比，证明单排管冻结温度场模型的可行性，在此基础上建立的单排管冻结壁平均温度区域解，其与数值模拟结果相差不超过1 ℃，计算误差满足工程要求；随着冻结时间的增加，单排管冻结壁温度场呈抛物线形式降低。     

火灾环境下钢结构力学响应行为研究回溯与前瞻

火灾环境下高温对结构钢材的力学性能具有显著的不利影响.通常钢材在200～400℃的温度下力学性能开始下降,在800℃以上几乎丧失所有的强度.火灾环境下的钢结构力学响应行为是钢结构抗火设计的前提.为了展示火灾环境下钢结构的力学响应研究的清晰脉络,首先综述了火灾环境工况加载、钢结构升温规律的研究文献,然后从钢的耐火性能分析开始,评述了钢结构形式对耐火性能的影响和热作用下的结构变形研究.研究表明:若采用ISO 834标准升温曲线作为热加载方式,钢结构的升温规律和力学响应行为与真实火灾场景下相比差异显著,在标准火下钢的抗火时间更长;钢结构在火灾环境下的热应变随温度升高而增大,最终导致屈曲和过度挠度;当温度超过400℃时,高温蠕变会加速结构的失效;试验和数值模拟方法能很好地预测钢结构在真实火灾环境下的温升规律;较为真实地表征钢结构的不均匀力学响应行为,首先需要加载真实的火灾工况,同时要充分考虑钢结构形式,并耦合运用工程热物理、力学相关工具和方法;钢附着可燃材料燃烧的热反馈及相应的力学响应行为是钢结构抗火研究的新问题,针对该问题需要建立科学的热-力耦合工程定量测试方法.     

蒸汽腔型热管散热器三维瞬态热分析

本文通过建立蒸汽腔型热管散热器三维非稳态计算模型,对不同风速及温度水平下的运行工况进行了对比热分析,并分析了冷凝段直肋厚度对蒸汽腔型热管散热器传热性能的影响。分析结果表明:冷凝段空气出口温度随热管壁温增大而增大,空气和肋片及热管壁面进行对流换热,热管壁温明显高于空气通道出口温度,冷凝段直肋起到很好的散热作用,能使冷凝段的工质冷却成液体并在重力和毛细力的作用下回流到蒸发段,从而保证蒸汽腔型热管散热器良好的传热性能和等温性能。     

换热管一管板四种组对坡口的焊接接头性能

选用氩弧焊工艺对1o号钢换热管与16MnlI管板四种组对坡口形式（缩孔45、缩孔u型、凸孔45°、平口45°）进行了焊接,并对其进行了拉伸及低周疲劳性能研究,对断后焊缝断面进行了显微形貌观察和微观组织分析。结果表明：四种组对坡口形式焊缝结合良好,无明显缺陷。缩孔和凸孔焊接试样拉伸性能相差不大,平口焊接试样略低;平口焊接试样抗疲劳性能优于凸孔焊和缩孔焊。因此四种组对坡口形式中平口焊接试样的接头性能最优。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

盾构切削桩引起的桩基承载特性变化及可行性研究*

为分析兰州地铁盾构隧道穿越既有桥梁工程方案的可行性,采用有限元数值模拟,研究盾构施工切削桩引起的桩基承载特性变化,分析盾构切削桩基前后桩体轴力、侧摩阻力和弯矩变化,探讨地表及桩基的位移变化。结果表明:直接切削桩将导致桩顶荷载重分布,隧道两侧1,4号桩桩顶荷载增大且增大19.3%~26.7%,而切断桩荷载减小且减小25.5%~29.2%;桩土相对位移随着盾构掘进而增大,促使基桩侧摩阻力的发挥整体呈增强趋势;各基桩弯矩均增大,致使桩基在桩顶以下4 m及隧道中心平面附近存在2个不利截面,各基桩最大弯矩增大2.0~5.2倍;直接切削桩将导致地表、基桩沉降激增,从而导致水平位移增大,致使承台由初始受力状态时的整体沉降变为挠曲变形为主,最大相对沉降达到5.01 mm,超过控制限值。可见,直接切削桩对既有桥梁桩基的承载特性影响显著,此方案不可行,应在盾构施工前采取加固措施。该研究结果可为类似工程提供参考。     

走滑断层位移作用下X80天然气管道的管沟合理尺寸分析

活动断层是埋地长输管道安全运行面临的主要威胁,走滑断层是常见的1种断层形式,走滑断层错动下管道会产生较大的轴向应变而引发失效。采用松散颗粒状的松砂土进行管沟回填是穿越断层埋地管道主要的抗震措施之一。为得到经济有效、适用工程的管沟尺寸,基于非线性有限元方法建立了准确的考虑管沟回填的管道穿越走滑断层数值模型,使用壳单元和实体单元模型来模拟管道和土壤,采用面与面接触算法准确描述管土接触;通过参数化计算,分析了管沟的几何尺寸对管道应变的影响,并基于经济性原则给出了管沟尺寸的建议值。结果表明:管沟坡度是影响管道应变的主要因素,工程中建设管沟时建议其管沟坡度小于1,且管道尽量浅埋,对于管沟加宽裕量可不做特殊处理。研究结果可为埋地管道的抗震设计提供参考,为管道的安全运营提供保障。     

双排桩支护结构的应用研究

深基坑双排桩支护是近几年发展起来的一种新型的支护结构,与其它支护结构体系相比较,双排桩支护形式具有良好的侧向刚度,可有效限制支护结构的侧向变形,在工程中已得到广泛的应用。本文分析了双排桩支护结构内力及变形的影响因素,阐述了在深基坑支护中所体现的优良性能,提出了控制基坑变形的方法。并且针对双排桩支护结构在某高铁线基坑工程中的实际应用,说明双排桩的支护设计方法和施工方便、不用设置横向支点、挡土结构受力条件好、保持基坑稳定、施工安全的优点,并取得了良好的经济效应。     

红外测温法测定硫化矿石堆自热温度的影响因素研究

硫化矿自燃是一个以氧化放热为主、自发产生热量及热量积蓄引起硫化矿堆升温的非常复杂的物理化学过程.因此,研究硫化矿自热过程是研究硫化矿自燃早期预测预报方法的前提.文章以红外非接触方式,利用RaytekminiTemp红外测温仪和CENTER可记录温度计测定硫化矿石堆氧化自热温度,重点分析了测定过程中的实际温度时影响精度的有关因素,主要有矿样种类、矿样温度、矿样块度、检测距离、环境温度、光束与矿样的夹角.通过实验室研究,为研制出专门用于舍硫矿自燃预测预报的装置提供理论依据,从而达到预测预报硫化矿自燃的目的.     

基于低浓度瓦斯利用的换热器设计及数值分析*

为提高低浓度瓦斯利用效率,对螺旋式、列管式、翅片式3种换热方式进行参数化研究,探讨不同形状换热方式对预热效果的影响,并通过改变流速和温度研究螺旋管换热效果。结果表明:螺旋管换热效果相对最佳,并在vh=0.9 m/s,vc=2.0 m/s时换热温度相对最高。同时,随换热温度升高,出口温度逐渐升高,随速率增加,出口温度先升高后降低。通过研究换热器形状对换热效果的影响,优化换热方式设计,为低浓度瓦斯高效利用提供理论依据。     

U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究

传统的U型通风工作面上隅角瓦斯积聚现象经常出现，严重制约着矿井正常生产能力的有效发挥，对矿井安全生产造成重大威胁。基于前人对采空区非均质多孔介质气体运移理论的研究，采用Fluent软件数值模拟研究了U型和上隅角埋管条件下U型通风系统的静压力场和瓦斯浓度场。研究结果表明：在相同的模型参数条件下，U型通风容易造成上隅角瓦斯积聚，上隅角瓦斯超限问题十分严重；采空区5m处埋管，治理上隅角瓦斯积聚的效果欠佳，达不到安全开采的条件；15m处埋管可以较好的解决上隅角瓦斯超限问题，工作面没有出现瓦斯积聚现象，工作面和回风巷的瓦斯浓度始终处于1％以下；25m处埋管的效果与15m基本相同，没有表现出更好的瓦斯治理效果。综合数值模拟的结果，确定了上隅角埋管抽放采空区瓦斯的理想抽放位置为距离地板垂高1．2m、沿走向深入采空区15m处。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系; 湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

盾构近接立交桥基础安全影响三维数值分析

为了提高盾构近距离穿越立交桥群桩基础施工中的安全性,采用有限元方法建立三维数值模型对盾构穿越群桩基础过程进行动态模拟,分析了群桩基础水平位移的变化规律以及地表受盾构影响的变形规律。结果表明:盾构掘进对桩基础水平位移影响最大,且水平位移增长过程分为盾构到达前、穿越时以及注浆阶段3个阶段,3个阶段水平位移值比例为6∶3∶1;盾构在竖直方向对桩基础水平位移的影响范围为1D（盾构直径）,水平方向为3D;此外,处于盾构左右双线之间的桥梁结构由于受到土层和桩基础沉降的双重影响,会产生较大的位移,实际施工中建议加强该区域桥梁结构的监测。