一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法
【專利摘要】一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：A）建立外表面絕熱的有熱源混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測模型；B）引入調(diào)整項來反映層面散熱影響，以及基于混凝土澆筑倉實測溫度，動態(tài)更新混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測模型的重要項，以消除不確定性因素引起的誤差，由此建立考慮外界氣溫的混凝土壩初期冷卻期間澆筑倉溫度快速預(yù)測模型。本發(fā)明提供的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，在混凝土壩初期通水快速預(yù)測模型中引入調(diào)整項，以反映層面散熱的影響，由澆筑倉當(dāng)前實測溫度，動態(tài)更新水管冷卻溫度預(yù)測模型的重要項，建立計算工作量小、快速、準(zhǔn)確的混凝土壩溫度預(yù)測模型。
【專利說明】-種混凝±頂初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種溫度場預(yù)測的方法，尤其是一種混凝±巧初期通水冷卻溫度場快 速預(yù)測的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水管冷卻是混凝±巧施工中溫控防裂的重要技術(shù)措施，在國內(nèi)外已廣泛采用。巧 體混凝±通水冷卻一般分為初期、中期、后期，初期即一期通水冷卻，其作用主要是消減早 期混凝±最高溫度峰值，高溫季節(jié)一般采用制冷水，其它季節(jié)可采用低溫河水。為了及時指 導(dǎo)大巧施工現(xiàn)場溫控人員進(jìn)行通水措施的具體實施，有必要進(jìn)行水管冷卻效果的計算，尤 其是初期通水冷卻效果的計算直接影響混凝±誘筑倉最高溫度的控制。
[0003] 混凝±巧新誘筑倉開始誘筑混凝±時，一般即開始進(jìn)行初期（一期）通水冷卻，因 此，混凝±巧的新誘筑倉是一個初期通水冷卻和層面共同散熱的問題，該個問題在數(shù)學(xué)處 理上十分困難。針對該問題，朱伯芳等進(jìn)行了大量的研究工作。他們的解決方案如下
[0004] (1)水管冷卻有限元法。該方法是在冷卻水管附近布置密集的有限元網(wǎng)格，W反映 水管附近很大的溫度梯度，采用迭代法計算水管水溫與混凝±進(jìn)行熱交換而導(dǎo)致的沿程水 溫逐漸增大，從而獲得溫度場。
[0005] 由于水管半徑只有1?1. 6畑1，在水管附近單元尺寸必須只有1?1. 6畑1，該導(dǎo)致 單元密度很高，前處理量十分巨大，實際工程應(yīng)用存在很大的困難。
[0006] (2)水管冷卻等效熱傳導(dǎo)法。該方法是把冷卻水管看成熱匯，在平均意義上考慮水 管冷卻的效果，不需要在水管附近布置密集的有限元網(wǎng)格，采用通常的網(wǎng)格即可獲得溫度 場。
[0007] 雖然該方法較廣泛應(yīng)用于混凝±巧設(shè)計和科研中，但由于溫度場仿真有限元法仍 然相對復(fù)雜，在實際工程上尚不夠簡便，難W達(dá)到水管冷卻效果的實時預(yù)測和及時指導(dǎo)。 [000引 （3)差分法。差分法分單向差分法和雙向差分法。例如采用單向差分法計算一期 通水冷卻及層面散熱時混凝±溫度計算式為
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： A) 建立外表面絕熱的有熱源混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測模型： 混凝土澆筑倉內(nèi)埋設(shè)冷卻水管進(jìn)行通水冷卻，設(shè)等效冷卻直徑為D，長度為L，有熱源， 混凝土初溫為I；，進(jìn)口水溫為Tw，等效冷卻柱體外表面絕熱時，則混凝土平均溫度可表示為
上述式（1) 一（5)中，t為冷卻時間，a為導(dǎo)溫系數(shù)，D、b、c分別為等效冷卻柱體的直徑、 外半徑、內(nèi)半徑，X為混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，L為冷卻水管長度，cw為冷卻水比熱，Pw為冷卻 水密度，qw為通水流量。W(t)為與混凝土絕熱溫升有關(guān)的函數(shù)； B) 采用引入調(diào)整項來反映層面散熱影響的方式 或者 基于混凝土澆筑倉實測溫度，動態(tài)更新混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測模型的 重要項的方式， 以消除不確定性因素引起的誤差，由此建立考慮外界氣溫的混凝土壩初期冷卻期間澆 筑倉溫度快速預(yù)測模型，進(jìn)行混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于步驟A)，公式（1)中的與混凝土絕熱溫升有關(guān)的函數(shù)W(t)的計算方法為： 采用組合指數(shù)式來擬合絕熱溫升試驗值，組合指數(shù)式絕熱溫升為
式中：9 〇為最終絕熱溫升值，s、mdPm2為待定系數(shù)，可采用優(yōu)化算法來確定這些系數(shù)。 基于組合指數(shù)式絕熱溫升的導(dǎo)出函數(shù)W(t)為
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于步驟A)，公式（1)中的與混凝土絕熱溫升有關(guān)的函數(shù)W(t)的計算方法為： 如果在一期冷卻期間，采用多擋水溫進(jìn)行通水冷卻時，則混凝土平均溫度為
函數(shù)中的Twi為第i擋通水溫度，Ti為第i-1擋水溫通水結(jié)束且第i擋水溫開始通水時 的混凝土溫度，t為第i擋水溫通水時的水冷函數(shù)，t 改變水溫或流量時刻，當(dāng)改變水 溫或流量時時間t需要從〇開始。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于步驟B)中，引入調(diào)整項來反映層面散熱影響的步驟為： 在混凝土壩初期通水快速預(yù)測式（1)中引入調(diào)整項，得
式中，X(t)為調(diào)整項，調(diào)整項X(t)采用t的一次式，即X(t) =At+B。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于：調(diào)整項X(t)的獲得環(huán)境分為設(shè)計階段和施工階段兩種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于在設(shè)計階段，調(diào)整項X(t)的獲得步驟為： 1) 建立2個混凝土澆筑倉的局部有限元模型； 2) 假設(shè)局部有限元模型的2個澆筑倉均在第n月澆筑，環(huán)境氣溫采用第n月的多年月 平均氣溫，采用水管冷卻等效熱傳導(dǎo)法仿真計算局部有限元模型在絕熱溫升、初期通水冷 卻和層面散熱共同作用下的混凝土溫度T'n(t); 3) 利用同樣的計算參數(shù)，采用有熱源水管冷卻計算式（1)或式（11)計算混凝土溫度 T(t)。由于有熱源水管冷卻計算假設(shè)等效柱體外表面絕熱，因此，無論外界氣溫如何，采用 式（1)或式（11)計算的溫度過程線均不變； 4) 由上述計算的T'n(t)與T(t)的比值時間系列，采用最小二乘法，回歸擬合獲得第 n月的調(diào)整項Xn(t)的系數(shù)An、Bn，Xn(t) =Ant+Bn; 5) 重復(fù)step2?step4,從1月至12月，逐月回歸擬合得到Xn(t) =Ant+Bn(n= 1? 12) 〇 6) 對于第n月的混凝土新澆筑倉，由計算參數(shù)和實際初期通水措施，采用式（1)或式 (11)計算獲得混凝土溫度T(t)，考慮調(diào)整項Xn(t)后，在絕熱溫升、初期通水冷卻和層面散 熱共同作用下的混凝土溫度為Xn(t) ?T(t)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于在施工階段，調(diào)整項Xn(t)的獲得步驟為： 1) 當(dāng)獲得第n月澆筑的澆筑倉初期通水冷卻期間的實測溫度T" (t)時，基于澆筑倉 實測溫度T" (t)與有熱源水管冷卻計算式（1)或式（11)計算混凝土溫度T(t)的比值時 間系列，進(jìn)行回歸擬合，獲得不同月份下的調(diào)整項Xn(t)。 2) 對于第n月的混凝土新澆筑倉，由計算參數(shù)和實際初期通水措施，采用式（1)或式 (11)計算獲得混凝土溫度T(t)，考慮調(diào)整項Xn(t)后，在絕熱溫升、初期通水冷卻和層面散 熱共同作用下的混凝土溫度為Xn(t) ?T(t)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測的方法，其特征 在于步驟B)中，基于混凝土澆筑倉實測溫度，動態(tài)更新混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速 預(yù)測模型的重要項的方式的步驟為： 基于步驟A)快速預(yù)測初期通水措施下未來若干天的溫度響應(yīng)，若干天后，獲得澆筑倉 當(dāng)前實測溫度，動態(tài)更新混凝土壩初期通水冷卻溫度場快速預(yù)測模型的重要項，即動態(tài)更 新式（11)中的再次預(yù)測一動態(tài)更新，指導(dǎo)大壩現(xiàn)場初期通水冷卻。
【文檔編號】E02B1/00GK104480894SQ201410617495
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】黃耀英 申請人:三峽大學(xué)