堤坝渗漏的线热源模型研究

探讨一种在复杂介质条件下研究堤坝渗漏的线热源法模型。在堤坝发生管涌之前,地层中一般都会存在集中的渗漏通道。当渗漏地层为非均质的断裂、溶洞、破碎夹层等复杂介质时,堤坝中温度的变化不但与地层温度分布有关,还与地下水的渗流有关,地下水可以直接(对流)或间接(热传导)将流体的温度传递给周围介质并形成有规律的分布。将堤坝渗漏通道中的渗漏水流概化为线热源,基于热传导理论,建立堤坝渗漏的线热源模型,求解渗透流速。通过工程实例计算,其结果与采用同位素方法直接测得的渗透流速较为吻合,证明采用线热源模型计算渗透流速,其结果是可靠的。     

堤坝渗漏通道热流耦合模型及试验研究

堤坝渗漏通道中水流与周围土体的热量交换可引起一定范围内的温度变化,因此渗漏通道可看作一个有限长线热源。堤坝浸润线以下存在着稳定的渗流场,可对坝体的温度场产生影响,但其影响未知。为此,通过分析点热源在移动介质中的温度响应来建立有稳定渗流影响的堤坝渗漏热流耦合模型,并设计了相应的试验平台,进行了试验模拟,分析了坝体中渗流场对温度场的影响。然后由实测温度通过模型反推出渗漏流速,并与试验设定值进行比较,误差在合理范围内。     

利用地下水温度场研究江都高水河船厂段堤防的渗漏

以江都高水河为例从地下水温度场的分布情况来研究堤防的集中渗漏通道。地下水温度场是研究地下水运动的一种良好的天然示踪剂。河水库水或发生集中的强渗漏时，由于库水、河水与地下水之间的温度差异，渗漏水必将对周围地层温度产生影响，从而在渗漏通道附近形成相应的温度场，通过钻孔中地下水的温度可以反分析堤防渗漏情况。     

堤坝多集中渗漏通道位置温度探测研究

把渗漏通道虚拟为线热源,参数化渗漏通道的位置,利用迭加原理,推导了多个渗漏通道的温度场解析,再利用BURSA-WOLF模型进行坐标转化,最后运用最优化方法迭代出集中渗漏通道位置的数值解。结合工程实例,建立多个虚拟线状集中渗漏通道位置温度探测的二维模型。首先进行单个集中渗漏通道位置的最优化,如果残差平方和(SSE)足够小,则终止计算;否则计算下一个渗漏通道位置,直到残差平方和足够小。计算结果确定了陡河水库左坝肩中的两个较强的集中渗漏位置,估计了三个微弱的集中渗漏大致位置。该方法较同位素及综合示踪法定性分析更为精确。根据计算对主要渗漏进行了进一步治理,水库漏水量明显减小,说明该方法是有效的。     

堤坝集中渗漏温度场探测模型及数值试验

为确定堤坝集中渗漏通道的位置和性质,在反分析理论的基础上,建立齐次边界条件下的各向同性土体热传导模型和复杂边界条件下的渗流传热模型;求解简化边界条件后的解析解,对方程解进行变量转换,把渗漏通道位置和其他参数作为未知变量,建立反分析目标方程,指出实现回归优化的多条途径。为了验证其有效性,利用有限元软件设计数值试验,参照温度场特征,对两种主要模型不同探测线、最低温水平面及综合数据进行回归分析对比。工程实例优化结果表明,利用温度场进行集中渗漏探测是有效的方法。     

虚拟热源法研究坝基裂隙岩体渗漏通道

利用虚拟热源法研究坝基裂隙岩体中存在的集中渗漏通道。水库底部通常为低温水,而基岩温度随着深度的增加而升高,坝后温度异常区域可能存在库水渗漏。渗漏水与周围地层将进行热量的交换。低温的渗漏水从地层中吸收热量,而地层则释放出热量,根据能量守恒原理,这两个热量是相等的。将集中渗漏通道看作是一个虚拟线热源,通道以外地层温度的分布仅与渗漏带最外层的温度有关,与渗漏通道内部的温度分布无关,渗漏通道内部的温度是由水流带来的,其外部的温度是靠热传导进行。根据热传导及能量守恒理论,可以推导出温度在地层中的分布趋势,通过温度分布曲线可以确定渗漏范围,建立堤坝渗漏量的虚拟热源法模型;同时,对具体工程实例进行了定量计算。     

基于桩土相互作用的嵌岩能源桩传热计算

针对螺旋地埋管嵌岩能源桩传热,提出一种新的计算模型,可考虑基岩温度、大气-地面对流换热、桩顶处绝热处理、流体速度和流体热量损耗对其传热影响。首先求解土体温度自由场;接着考虑桩体运行时系统传热相互作用的影响,得到桩体温度场;然后将土体温度场问题转化为一系列未知系数求解;最后通过边界条件得到土体附加温度场。分析表明:在桩顶和桩底两倍桩径范围内,土的附加温度变化幅度最大;桩土传热系数对能源桩传热性能影响最大,减小桩土传热系数可显著提高能源桩传热性能;流体导热系数及流速对桩的传热效果影响不可忽略;土的导热系数及大气-地面对流传热系数对其传热性能影响很小。     

玻璃化保存降温过程中微通道的热应力数值模拟

微通道方法可用于增强玻璃化保存的传热,但在超高速冷却速率下,通道结构可能受到不均匀温度分布产生的热应力影响,导致结构断裂。为研究热应力的变化规律,本研究以ANSYS Workbench为仿真计算平台建立了三维计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,以模拟微通道中的两相流及其相关热传递过程。对降温过程中的流固耦合传热过程进行整场求解,从而同时得到降温过程的瞬态温度场和瞬态应力场。通过仿真计算在不同冷却条件下通道结构中热应力的最大值,用于评估微通道结构的可靠性。结果表明,本研究提出的CFD方法为预测和优化微通道冷却系统提供了有效的工具。     

无填充裂隙岩体水流–传热模型实验研究

 裂隙岩体内的水流–传热特征是评价高放射核废物处置库安全运行的重要组成部分。选取中国高放射核废物地下处置库重点预选场区–甘肃北山地区的花岗岩,加工组合成尺寸为150.25 cm×90.4 cm×30 cm(高度×宽度×厚度)的规则裂隙岩体模型,进行室内实验,研究热源温度和裂隙水流速对多裂隙岩体内水流–传热过程的影响。模型由18块花岗岩组成,包含开度不同的2条水平和2条垂直裂隙,在模型一侧设置电热板并在裂隙以及岩石内部布置温度和压力传感器。实验结果表明：(1) 由于热源和垂直裂隙之间的距离,岩石热传导和裂隙水流动约在实验开始一小时后耦合;(2) 在水平裂隙与垂直裂隙的交汇处存在局部热对流,使垂直裂隙水的温度在该处明显升高;(3) 热源温度越高,裂隙水流速越低,系统温度场达到稳定的时间越长,热源的影响距离越远;(4) 邻近热源侧的垂直裂隙对整个温度场的分布起控制作用,水平裂隙会增加热源的影响距离;(5) 实验中裂隙水温度低于100 ℃,热源温度变化对裂隙水压力变化的影响很小。     

高温下混凝土裂缝对温度场的影响

通过对带(预制)裂缝混凝土试件进行明火升温试验,研究高温下裂缝对混凝土温度场的影响.依据传热理论分析建立带裂缝混凝土试件截面温度计算模型,然后用数学软件MATLAB进行数值计算并与试验结果进行对比.结果表明:高温下裂缝区域的主要传热方式为热传导;相对于无裂缝处,有裂缝处测点温度更高;总体上测点的温度随裂缝宽度的增大而增大,远离裂缝的测点温度受裂缝的影响较小;不同测点的计算与实测升温曲线总体变化趋势一致,依据传热理论分析建立的带裂缝混凝土试件截面温度计算模型较为可靠.     

浅层岩土体原位热响应测试

介绍了岩土体原位热响应测试仪的结构及测试原理,建立了基于线热源模型的热物性参数计算模型。结合工程实例,进行了岩土体初始平均温度测试、地埋管热响应测试。拟合流体平均温度与时间对数的关系曲线,求得了岩土体的热导率、钻孔热阻。     

水泥改良土地层联络通道冻结温度场分析

地铁工程联络通道施工中,人工冻结加固土层的温度场研究目前大部分还是集中在天然土层方面,对水泥改良土地层中冻结温度场的发展与特性研究较少。文章系统研究水泥改良对联络通道地层冻结温度场的影响,建立联络通道冻结开挖三维数值模型,考虑导热系数、比热容、相变潜热等影响因素,综合实测数据以及试验,对天然土层以及水泥改良土层中冻结温度场的发展和分布规律进行分析,研究结果表明：相比于天然淤泥质土地层,水泥改良土冻结温度场发展速度更快,但冻结效应稍差,积极冻结期的前33d,冻结温度场发展较为迅速,相邻冻结锋面相交后,温度场发展速度开始下降。水泥改良后,土层冻结温度场的发展对导热系数的变化最为敏感,比热容的变化次之,相变潜热变化的影响十分微小。研究成果表明：人工冻结配合水泥改良对淤泥质土地层具有显著的加固效果。     

复合式土壤源热泵地埋管换热器性能影响因素

以配置冷却塔的复合式土壤源热泵为研究对象,建立了地埋管换热器简化计算模型。分析了地埋管换热器管内水流量、进水温度、土壤初始温度、地埋管连接形式对其性能的影响。探讨了地埋管换热器与冷却塔的联合工作特性。     

岩土热物理指标的分析计算

地铁车站空调系统节能和通风节能计算需要利用岩土的热物理指标,地铁结构和围岩热物理指标差异在衡量隧道余热被吸收和传导作用时是设计研究的重点问题。一般条件下准确测试岩土的热物理指标比较困难,研究科学的解决方法是地铁勘察的重要课题之一。通过分析当前地铁通风设计和冻结法施工对热物理指标的需求现状,从热物理指标是岩土材料固有的物理性质出发,考虑了地铁工程的特点以及岩土孔隙率和温度对热物理指标的影响,在总结前人有关热物理指标计算方法优缺点的基础上,按照土力学理论进行推导,分岩土类别给出了导热系数和比热容的简化计算公式,公式中未知变量少,补充和完善了地铁勘察手段。将计算结果与实测值的统计结果进行比较,相对误差较小。     

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

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。     

水平地埋管冬季土壤温度场及换热性能研究

以土壤源热泵水平地埋管为研究对象,建立了水平地埋管的二维数学模型,采用边界离散、保形变换方法对模型进行求解,采用VB编制了水平地埋管及其周围土壤温度场计算软件。运用模型和软件,模拟冬季工况下,水平地埋管及其周围土壤温度场和热流量分布情况。冬季水平地埋管周围土壤温度纵向呈不对称单峰状分布,横向呈完全对称的单峰状分布。地埋管外土壤沿与地埋管同圆心的圆周上温度呈正弦曲线分布。随着位置远离地埋管,土壤温度变化幅度减小。地埋管上部热流量较高,下部热流量较低。给定工况下水平地埋管单位管长换热量模拟值与实验值比较,误差为6.2%,可靠性较高。     

基于面状渗漏热源模型研究西藏江雄水库渗漏

根据江雄水库的坝区地质构造和工程地质状况,通过坝后探测沟的探测结果,发现江雄水库的渗水具有不同的来源,渗漏分布较广。在此基础上,结合钻孔温度探测和地层状况对0+615-0+655段典型渗漏部位进行分析,认为该段渗漏为面状渗漏。研究面状渗漏产生的温度场分布,认为面状渗漏可以看作渗漏平面内垂直于渗漏方向的线热源的叠加,并基于热传导理论和能量守恒原理,推导了面状渗漏热源模型公式。考虑到上述模型在实际应用中存在困难,通过一定的近似简化,提出了基于平面热源法的简化方法,建立了可供于工程应用的简化模型,为工程中复杂的渗漏问题提供了一种新的方法。模型对0+615-0+655段的面状渗漏进行了计算,并将计算结果运用于工程实际,取得了良好的效果,表明其计算结果是可靠的。对模型进行了讨论,分析其优点和局限,认为其能够应用于工程实际的面状渗漏问题的分析和研究,可为类似工程提供借鉴。