非恒定導(dǎo)熱系數(shù)測試方法研究.pdf

1、材料導(dǎo)熱系數(shù)作為材料溫度場研究的重要熱物性參數(shù)，受到各國學(xué)者的重視。大體積混凝土的溫度場，一直是壩工混凝土設(shè)計和研究的重點?；炷恋臒醾鲗?dǎo)系數(shù)是分析壩體混凝土溫度場的關(guān)鍵參數(shù)。而土體的導(dǎo)熱系數(shù)是預(yù)測與評價地下工程凍結(jié)的重要參數(shù)。對于重要的工程，導(dǎo)熱系數(shù)一般都是由溫度實測資料求得。目前恒定熱傳導(dǎo)系數(shù)的測試方法比較成熟，傳統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)測試方法主要有穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法兩種。
　　傳統(tǒng)的測試方法如瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法所測得的都是材料的恒定導(dǎo)熱系數(shù)，

2、而工程中常用的材料，如土、混凝土等屬于孔隙材料。孔隙材料的導(dǎo)熱系數(shù)受材料內(nèi)部孔隙率、含水量等因素影響。土、混凝土等材料在澆筑與工程運行期間其含水量和孔隙率在發(fā)生變化，因此其熱傳導(dǎo)系數(shù)也在變化，本文將其界定為非恒定熱傳導(dǎo)系數(shù)。對于非恒定導(dǎo)熱系數(shù)，傳統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)測試方法不適用了。因為其建立的溫度梯度較小，導(dǎo)熱系數(shù)的變化緩慢，測得的導(dǎo)熱系數(shù)是一定范圍內(nèi)的平均值，而不能連續(xù)測得材料的非恒定導(dǎo)熱系數(shù)。因此，本文設(shè)計了一種非恒定導(dǎo)熱系數(shù)的測試方法。

3、方法的目的是快速、實時的測定材料的非恒定導(dǎo)熱系數(shù)。該測試方法包括試驗裝置和反算方法兩部分。試驗裝置實現(xiàn)了孔隙材料內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)的自動化采集，可以根據(jù)設(shè)定值自動控制溫度擾動的施加，模擬了材料的非恒定熱傳導(dǎo)過程。反算方法采用最小二乘有限元方法，得到的導(dǎo)熱系數(shù)是全局的最優(yōu)解。
　　本文主要研究內(nèi)容包括：
　　1.搜集文獻了解了混凝土、土等孔隙材料導(dǎo)熱系數(shù)的研究現(xiàn)狀，分析了孔隙材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素。
　　2.通過研究導(dǎo)熱系數(shù)測

4、定方法的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)有研究方法的適用范圍，指出非恒定導(dǎo)熱系數(shù)測試方法的必要性。
　　3.設(shè)計了室內(nèi)的熱傳導(dǎo)裝置，采用圓環(huán)試件，中心加熱的方式模擬了恒定與非恒定熱傳導(dǎo)過程；用 C＃語言編寫了自動采集系統(tǒng)的軟件程序，實現(xiàn)試驗進程的自動控制與試驗數(shù)據(jù)的自動采集。
　　4.編寫了基于最小二乘法的有限元反算程序，將試驗測得的溫度數(shù)據(jù)代入程序反算得到材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)。
　　5.采用上述試驗裝置與反算方法測試了三種孔隙材料（土

5、、砂、混凝土）的熱傳導(dǎo)系數(shù)，并反算出了土和混凝土的恒定與非恒定導(dǎo)熱系數(shù)，得到了如下的研究成果。
　　在給定時刻反算得到的混凝土與土的導(dǎo)熱系數(shù)有相似性，距離中心熱源越遠，混凝土（或土）的導(dǎo)熱系數(shù)越大，且導(dǎo)熱系數(shù)與半徑的關(guān)系近似線性。這主是因為靠近中心混凝土（或土）的溫度較高，水化反應(yīng)劇烈（混凝土），水分散失量較大，結(jié)構(gòu)含水量減小，使得其導(dǎo)熱系數(shù)相較于外層混凝土（或土）的導(dǎo)熱系數(shù)較小。
　　反算得到土的非恒定導(dǎo)熱系數(shù)反映了土樣內(nèi)