[發明專利]基于快速精確數值重構技術的混凝土塊冷卻系統設計方法

有效

• 申請號: 201810021767.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108205610B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 林繼;洪永興;陳文
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F17/11;G06F119/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于快速精確數值重構技術的混凝土塊冷卻系統設計方法，將混凝土塊中的水管冷卻作用看作系統的負熱源，考慮水泥水化熱的影響，首先在所考察混凝土塊的內部和邊界配置若干測試點，獲得測試點的溫度值；建立熱傳導問題的等效控制方程，根據徑向基函數配點法得到若干局部低階矩陣；采用多尺度算法，計算徑向基函數的形狀參數；利用矩陣稀疏化算法，構造計算溫度場所需的方程式；計算任意時刻任意內點的溫度值；根據考察結構的內外最大溫差，判斷冷卻系統方案的合理性。本發明簡單高效，具有精度高，計算快，數學簡單，程序簡便的特點；切合混凝土塊冷卻水管設計需要數據重構技術快速、穩定、精確的特征要求。

技術領域

本發明涉及含冷卻水管的混凝土結構降溫問題，具體涉及一種基于快速精確數值重構技術的混凝土塊冷卻系統設計方法。

背景技術

熱裂紋是大型混凝土結構中經常發生的一種現象。由于混凝土在凝固過程中產生大量的水化熱，加之其自身導熱性能差，容易產生熱聚集，使得結構內部溫度迅速上升。由于混凝土結構的彈性模量不大，此時徐變較大，溫升引起壓應力。于此同時，如果結構外表面散熱不加以控制，那么外表面的溫度將快速下降，當溫度梯度變得很陡時，溫度應力隨之增大，最終導致嚴重的溫度裂紋。因此需要設計合理的冷卻系統，如外表面保溫控制、水管布置、水管口徑、管內通水量、及通水溫度等，使得結構內外溫度滿足工程要求。于是，通過數值手段來實現快速預測混凝土結構的溫度場，具有很高的理論和工程價值。

傳統上處理溫度場動態數據重構，一般有有限元方法、邊界元方法、有限差分法等。但作為傳統區域型網格方法，有限元在處理如復雜的混凝土結構、含復雜水管冷卻系統問題的數據重構時，往往會出現網格劃分困難、計算速度慢、計算荷載大等難以克服的問題。而邊界元方法作為邊界型網格方法，雖然在一定程度上克服了有限元方法需要劃分區域網格的缺點，提高了計算效率，但由于在計算過程中需要處理大量奇異與近奇異積分，嚴重影響了數據的重構速度(見文獻1.Cheng AH-D,Cheng DT.Heritage and early historyof the boundary element method.Engineering Analysis with Boundary Elements2005；29(3):268-302.)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單、高效、無網格的基于徑向基函數配點法的溫度場動態數據重構方法，節約重構時間，提高冷卻系統的方案設計效率，解決現有技術的混凝土塊冷卻系統溫度場計算過程復雜、計算荷載大、計算時間長的問題。

本發明采用如下技術方案，基于快速精確數值重構技術的混凝土塊冷卻系統設計方法，包括以下步驟：

(1)在所考察混凝土塊的內部和邊界均勻配置若干測試點，獲得測試點的溫度值；

(2)建立熱傳導問題的等效控制方程，根據徑向基函數配點法得到若干局部低階矩陣；

(3)采用多尺度算法，計算徑向基函數的形狀參數；

(4)利用矩陣稀疏化算法，構造計算溫度場所需的方程式；

(5)計算任意時刻任意內部的測試點的溫度值；

(6)根據考察混凝土結構的內部測試點與邊界測試點的最大溫差，判斷水管冷卻系統設計方案是否合理。

優選地，在所述步驟(1)中，初始時刻在所考察混凝土塊的內部均勻配置Nip個測試點，獲得初始時刻測試點的溫度值T_i,i＝1,...,Nip；在所考察混凝土塊的邊界配置 Nbp個測試點，隨著熱傳導的進行，獲得不同時刻邊界所有測試點的溫度值 T_i,i＝Nip+1,...,Ncp，Ncp＝Nip+Nbp，Ncp表示所有測試點的個數。

優選地，在所述步驟(2)中，采用的熱傳導問題的等效控制方程為：