基于黏聚力单元的热力耦合作用下细观混凝土数值模拟

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作者 李林 刘勇 +2 位作者 魏珍中 马小敏 雷建银 《科技通报》 2025年第3期70-76,92,共8页

基于Python和ABAQUS联合仿真方法,本文采用二维混凝土细观模型,实现了单轴拉伸断裂模拟以及热力耦合作用下热传导的数值模拟。介绍了采用Python脚本进行混凝土随机骨料高效建模的方法、黏聚力(cohesive)单元的参数设置以及基于cohesive... 基于Python和ABAQUS联合仿真方法,本文采用二维混凝土细观模型,实现了单轴拉伸断裂模拟以及热力耦合作用下热传导的数值模拟。介绍了采用Python脚本进行混凝土随机骨料高效建模的方法、黏聚力(cohesive)单元的参数设置以及基于cohesive单元的热力耦合实现方法。分析骨料体积分数对混凝土准静态单轴拉伸弹性模量、强度及内能的影响,并讨论了不同温度荷载、骨料形状对混凝土弹性模量的影响,以及骨料分布随机性对导热性能的影响。结果表明:随着温度荷载的升高,混凝土的弹性模量降低;骨料的空间随机分布使混凝土导热性能产生随机性;骨料形状对热力耦合作用下混凝土的弹性模量影响不大。该方法为混凝土领域的热力耦合研究提供了高效的数值模拟方案。 展开更多

关键词 混凝土细观模型 热力耦合 黏聚力单元 导热性能

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双线隧道地层顺次冻结流热耦合分析

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作者 胥明 陈星 +3 位作者 张慧鹏 夏明 张康健 张志强 《人民长江》 北大核心 2025年第1期164-172,共9页

人工冻结法具有隔水性能好、冻结地层强度高、施工地层适应性强等特点,被广泛运用到富水地层施工中,而地下水流动会对冻结温度场产生重要影响。依托一并行隧道顺序冻结工程,开展了冻结温度场现场监测。同时建立流热耦合数值模型,研究地... 人工冻结法具有隔水性能好、冻结地层强度高、施工地层适应性强等特点,被广泛运用到富水地层施工中,而地下水流动会对冻结温度场产生重要影响。依托一并行隧道顺序冻结工程,开展了冻结温度场现场监测。同时建立流热耦合数值模型,研究地下水渗流速度对近距离并行隧道顺序冻结温度场发展的影响。结果表明:(1)各测温孔监测数据与数值模型模拟结果一致,数值模型具有一定可靠性。(2)处于渗流区上游的冻结管会降低地下水温度,冷量随水流动被携带至下游地层。上游左线冻结壁的形成会降低下游右线地层的地下水流速。(3)单线冻结管圈首先于上侧、下侧和处于下游的右侧形成局部冻结体,局部冻结体逐渐扩展,最后于左侧管圈处实现完全交圈。(4)当地下水渗流速度大于1.0 m/d后,左右两线交圈时间差随渗流速度的增加而增加。(5)在有地下水渗流的地层中进行顺序冻结法施工,应优先进行上游处冻结施工,可有效提高施工效率。 展开更多

关键词 地层冻结 人工冻结法 流热耦合数值模型 冻结温度场 渗流速度 地下水

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地下含湿岩土热渗耦合模型及换热埋管周围土壤温度场数值模拟 被引量：18

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作者 王金香 李素芬 +2 位作者 尚妍 东明 王正 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期837-842,共6页

考虑了地下水的渗流作用和U型换热埋管的实际形状,建立了U型管地下换热器管内流体以及周围土壤热渗耦合物理数学模型。模型将土壤视为均匀的、各向同性的饱和多孔介质,土壤中水的渗流视为二维。管内湍流流动采用Realizable k-ε模型,数... 考虑了地下水的渗流作用和U型换热埋管的实际形状,建立了U型管地下换热器管内流体以及周围土壤热渗耦合物理数学模型。模型将土壤视为均匀的、各向同性的饱和多孔介质,土壤中水的渗流视为二维。管内湍流流动采用Realizable k-ε模型,数值计算采用Fluent软件。给出了管内流体以及周围土壤的温度分布数值模拟结果,分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响、U型管两支管的热短路作用及回填材料对土壤温度场的影响。所得结论对地下换热器的设计具有理论意义。 展开更多

关键词 地下含湿岩土 U型换热埋管 多孔介质 热渗耦合 数值模拟

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地下水渗流对竖埋管换热器传热影响的数值模拟 被引量：11

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作者 曾召田 吕海波 +1 位作者 赵艳林 葛若东 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3007-3014,共8页

地下水渗流对竖埋管换热器与岩土体的热量交换具有显著影响。该文应用地下水渗流理论和传热学理论,建立考虑热传导和地下水渗流共同作用的热渗耦合传热模型;针对南宁河流阶地土层,模拟分析地下水渗流对竖埋管换热器传热的影响。研究结... 地下水渗流对竖埋管换热器与岩土体的热量交换具有显著影响。该文应用地下水渗流理论和传热学理论,建立考虑热传导和地下水渗流共同作用的热渗耦合传热模型;针对南宁河流阶地土层,模拟分析地下水渗流对竖埋管换热器传热的影响。研究结果表明:1)地下水渗流可以强化地埋管的换热,且随着渗流速度的增大,强化换热作用越明显;2)地下水渗流对换热器热交换的影响具有方向性,在此基础上,对竖埋管换热合理的布置方式进行分析;3)南宁河流阶地地区,仅考虑砂砾层存在地下水渗流对换热的影响,更符合工程实际。 展开更多

关键词 地源热泵 地下水渗流 竖埋管换热器 热湿耦合传热模型 数值模拟

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垂直U型地埋管换热器的数值模拟分析 被引量：10

5

作者 连小鑫 刘金祥 +2 位作者 陈晓春 李莹 丁高 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期48-55,共8页

采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的... 采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的导热系数成正比,通过拟合分别获得平均每天换热量与管内流速、渗流速度和回填材料导热系数的关系式;土壤的热扩散系数对地埋管的热作用半径影响显著;同时渗流速度越大,换热稳定时间越短,土壤圆周方向上各点温度相差越大,且土壤温度场恢复能力越好。 展开更多

关键词 垂直U型地埋管 数值模拟 热渗耦合换热 热作用半径

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垂直U型埋管换热器准三维热渗耦合模型及其实验验证 被引量：13

6

作者 杨卫波 陈振乾 施明恒 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期383-389,共7页

为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求... 为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求解,探讨了土壤热物性及地下水渗流对埋管换热特性的影响。结果显示:土壤导热系数与比热容的增大均有利于加强埋管的换热,且地下水渗流的存在有利于强化地下埋管与周围土壤间的换热能力,提高土壤源热泵系统的运行效率。实验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,可为地下埋管换热器传热特性的研究提供理论基础。 展开更多

关键词 土壤源热泵 垂直U型埋管 准三维模型 热渗耦合 实验验证

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地下水流动对地下管群换热器传热的影响分析 被引量：25

7

作者 范蕊 马最良 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1155-1162,共8页

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器的影响,该文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解,从而分析了地下水渗流对其... 为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器的影响,该文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解,从而分析了地下水渗流对其传热过程的影响,结果表明地下水运动对原温度场的影响明显,而且越高的地下水流速影响越大。 展开更多

关键词 土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统 地下埋管换热器 热渗耦合 数值分析

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热渗耦合作用下地下埋管换热器的传热分析 被引量：39

8

作者 范蕊 马最良 《暖通空调》 北大核心 2006年第2期6-10,82,共6页

为确定地下水渗流对U型地下埋管换热器的影响,基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解。分析了地下水渗流对传热过程的影响,结果表明地下水流动对原温度场的影响明显,而... 为确定地下水渗流对U型地下埋管换热器的影响,基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法求得管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场数值解。分析了地下水渗流对传热过程的影响,结果表明地下水流动对原温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。进一步分析了有渗流时不同土壤类型对地下埋管换热器的影响情况,在饱和状态下导热系数是主要的影响因素。 展开更多

关键词 地源热泵地下埋管换热器 热渗耦合 数值分析 温度场

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地下水源热泵不同布井模式下地下温度场变化模拟分析 被引量：8

9

作者 张淑秘 高青 《水电能源科学》 北大核心 2013年第8期149-151,共3页

针对地下水源热泵抽水井与回灌井布局模式对地下温度场的影响,通过建立地下水流与温度的耦合模型,从抽灌井布置间距及抽灌井数量角度模拟分析了不同布井模式下地下水温度的变化趋势和热贯通发生的基本特性。结果表明,同类井间距对热贯... 针对地下水源热泵抽水井与回灌井布局模式对地下温度场的影响,通过建立地下水流与温度的耦合模型,从抽灌井布置间距及抽灌井数量角度模拟分析了不同布井模式下地下水温度的变化趋势和热贯通发生的基本特性。结果表明,同类井间距对热贯通影响不显著,抽灌井间距对抽水温度及热贯通时间影响较大;从热贯通发生时间来看,抽灌井数量越多热贯通发生的时间越延迟,但从温度偏离度角度分析,系统长期运行后抽灌井数量对抽水温度偏离度影响不显著。 展开更多

关键词 耦合模型 布井模式 热贯通 地下水源热泵

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土壤热渗耦合作用下U型埋管换热器换热特性数值模拟 被引量：6

10

作者 杨军 韩宗伟 +1 位作者 张艳红 韩宇 《可再生能源》 CAS 北大核心 2014年第6期822-828,共7页

建立了管内流体流动及周围土壤热渗耦合传热的垂直U型地埋管换热数理模型,采用数值方法对有渗流和无渗流工况下的土壤温度场分布、埋管出口温度、不同渗流速度下的单位井深换热量进行了模拟计算分析。结果表明,地下水渗流作用能减小埋... 建立了管内流体流动及周围土壤热渗耦合传热的垂直U型地埋管换热数理模型,采用数值方法对有渗流和无渗流工况下的土壤温度场分布、埋管出口温度、不同渗流速度下的单位井深换热量进行了模拟计算分析。结果表明,地下水渗流作用能减小埋管出口升温幅度,在埋管入口平均温度为33℃时,有渗流工况下的埋管出口平均温度为29.91℃,无渗流工况下的埋管出口平均温度为30.85℃。单位井深换热量随渗流速度的增大而增加,当地下水渗流速度为10 m/a和400 m/a时,与无渗流工况相比,单位井深换热量分别增大了约6.33%和71.33%。 展开更多

关键词 土壤热渗耦合 垂直U型地埋管 数值方法 单位井深换热量

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地下水源热泵运行模式对地温场效能影响研究 被引量：3

11

作者 周念清 孔令熙 +1 位作者 王小清 王洋 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2022年第5期284-292,共9页

基于上海市某地下水源热泵工程项目,采用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立二维简化的热渗耦合数值模型,模拟采能区含水层多孔介质热量运移过程,并利用热泵运行3年的现场监测数据进行模型的识别与验证。探讨热泵系统冷、热负荷设... 基于上海市某地下水源热泵工程项目,采用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立二维简化的热渗耦合数值模型,模拟采能区含水层多孔介质热量运移过程,并利用热泵运行3年的现场监测数据进行模型的识别与验证。探讨热泵系统冷、热负荷设计和抽、灌模式两个方面对采能区地温场效能的影响,分析和预测不同工况下热泵运行期间地温场的演变特征,最后对系统的运行效果进行评价。结果表明:该热泵系统按原设计方案运行时,抽灌井短期运行效果良好,但在第7个供暖期末将出现热贯通现象,长期运行将不利于热井的取热;如果减小20%热负荷、增加20%冷负荷,会使冷影响区扩散速度降低46.3%,系统运行效果得到显著改善,在模拟的9个运行周期内并未出现热贯通现象,说明合理调节冷、热负荷有利于热泵系统的长期稳定运行;当冷、热负荷恒定时,分别减小10%和20%的循环水量将会使冷影响区扩散速度分别降低9.3%和15.7%,有效地缓解了热贯通的发生,且仍能满足项目对于制冷供暖的需求,进一步阐明了地下水源热泵系统宜采用“大温差、小流量”的抽灌模式。 展开更多

关键词 地下水源热泵 热渗耦合 地温场 热贯通 运行模式

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基于常规态型近场动力学的热力耦合变形破坏分析 被引量：5

12

作者 王彩云 姜冬菊 黄丹 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期938-944,I0002,共8页

基于常规态型近场动力学(Peridynamics, PD)理论,考虑物质点之间的非局部热传导,采用拉格朗日坐标系下的欧拉-拉格朗日方程,推导出常规态型近场动力学热传导方程;结合热力学第一定律和自由能函数建立了常规态型近场动力学热力耦合方程... 基于常规态型近场动力学(Peridynamics, PD)理论,考虑物质点之间的非局部热传导,采用拉格朗日坐标系下的欧拉-拉格朗日方程,推导出常规态型近场动力学热传导方程;结合热力学第一定律和自由能函数建立了常规态型近场动力学热力耦合方程。模拟了含单孔单裂纹和多孔多裂纹板的热传导问题以及典型混凝土构件的热致变形和热力耦合破坏问题,并根据模拟出的温度分布及裂纹扩展情况,验证了本文模型和方法的有效性。基于提出的模型进一步分析了含初始裂缝混凝土三点弯梁的破坏过程及温度梯度和初始裂缝位置对其的影响。将提出的PD热力耦合模型运用于混凝土材料,使PD理论与工程应用相结合。 展开更多

关键词 热传导 热力耦合 近场动力学 混凝土 破坏 非局部模型

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典型压水堆堆芯物理-热工耦合稳态计算软件的开发与验证

13

作者 李治刚 安萍 +3 位作者 潘俊杰 卢川 芦韡 杨洪润 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期685-692,共8页

为能更加准确地模拟典型压水堆中强烈的物理-热工耦合现象,研制了压水堆堆芯物理-热工耦合计算软件ARMcc。其中物理计算模块基于四阶节块展开法(NEM)和格林函数节块法(NGFM),热工计算模块基于一维的单相单通道换热模型和一维圆柱导热计... 为能更加准确地模拟典型压水堆中强烈的物理-热工耦合现象,研制了压水堆堆芯物理-热工耦合计算软件ARMcc。其中物理计算模块基于四阶节块展开法(NEM)和格林函数节块法(NGFM),热工计算模块基于一维的单相单通道换热模型和一维圆柱导热计算模型,在程序中采用有限体积法和有限差分法求解一维圆柱导热模型。基于典型压水堆基准题NEACRP-L-335对程序的稳态耦合计算能力进行了验证,程序计算的堆芯关键参数如临界硼浓度、堆芯多普勒温度等参数与参考结果符合良好,临界硼浓度与参考结果的相对偏差均小于0.5%。另外研究4种计算模式对模拟堆芯物理-热工耦合过程的影响,选择PARCS程序计算结果为对比,发现NGFM+DIF模式能更加准确地模拟堆芯燃料多普勒温度和堆芯功率分布;NGFM+VOL模式能更加准确地模拟临界硼浓度;NEM+VOL模式能更加准确地模拟堆芯燃料最高温度。 展开更多

关键词 压水堆堆芯 物理-热工耦合 稳态 圆柱导热模型

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原木跌水结构对河流潜流带温度场的影响

14

作者 刘佶鑫 王可健 +3 位作者 刘瑛 刘德富 冯晶红 李毅 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2022年第4期21-26,共6页

为探究原木跌水结构对河流潜流带温度场的影响,应用有限元软件COMSOL Multiphysics构建了地表水地下水二维耦合模型,分析原木跌水结构的高度、间距及数量等参数变化对河流潜流带温度场的影响规律。结果表明:河道中原木跌水结构的添加会... 为探究原木跌水结构对河流潜流带温度场的影响,应用有限元软件COMSOL Multiphysics构建了地表水地下水二维耦合模型,分析原木跌水结构的高度、间距及数量等参数变化对河流潜流带温度场的影响规律。结果表明:河道中原木跌水结构的添加会改变潜流带局部的压力分布,增加原木高度、间距和数量都会使河床压力最大值增大;随着原木跌水结构高度增加,原木下方区域温度受地表水水温的影响范围扩大;随着原木跌水结构间距和数量的增加,潜流带热缓冲作用增强。原木跌水结构设置参数的变化将不同程度影响潜流带温度场的变化和热缓冲作用,引起潜流带内部的热异质性,从而增加底栖生物和水生生境的多样性。 展开更多

关键词 潜流带 原木结构 地表水地下水耦合模型 温度场 热异质性

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基于Ren模型的土石坝集中渗漏流热耦合研究

15

作者 倪枫 任杰 +1 位作者 张文兵 王帆 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第1期20-25,共6页

土石坝渗漏是常见的土石坝安全隐患问题,土壤导热系数是影响土石坝流-热耦合模型的关键参数,为了探究新的土壤导热系数在土石坝中的应用,采用导热系数Ren(2019)模型对二维心墙土石坝饱和-非饱和流-热耦合模型进行分析,以湖北省黄冈市大... 土石坝渗漏是常见的土石坝安全隐患问题,土壤导热系数是影响土石坝流-热耦合模型的关键参数,为了探究新的土壤导热系数在土石坝中的应用,采用导热系数Ren(2019)模型对二维心墙土石坝饱和-非饱和流-热耦合模型进行分析,以湖北省黄冈市大山背水库为例,并进行了不同集中渗漏条件下的数值模拟.结果表明Ren(2019)模型适用于土石坝流-热耦合模型的研究,能够准确地反映土石坝温度场和渗流场的耦合过程.集中渗漏通过渗流场影响温度场分布,不同高度的集中渗漏通道对坝体温度场的影响不同,通过埋设传感器监测坝体内部温度场可以实时地反映土石坝渗流场的情况,能够及时发现问题并排除隐患. 展开更多

关键词 导热系数 心墙裂缝 集中渗漏 土石坝流-热耦合模型 数值模拟

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寒区引水隧洞保温层设置及保温效果研究 被引量：1

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作者 孟尧 《云南水力发电》 2022年第11期48-52,共5页

为研究寒区引水隧洞开挖完成后保温层的设置方式及保温效果,以新疆某寒区引水隧洞为依托,通过有限元数值模拟研究了引水隧洞保温层的设置方式、设计厚度参数的比选,分析了外界温度变化与保温层设计参数的关系曲线。结果表明:保温层设置... 为研究寒区引水隧洞开挖完成后保温层的设置方式及保温效果,以新疆某寒区引水隧洞为依托,通过有限元数值模拟研究了引水隧洞保温层的设置方式、设计厚度参数的比选,分析了外界温度变化与保温层设计参数的关系曲线。结果表明:保温层设置在二衬表面效果优于设置在初衬与二衬之间;通过改变保温层厚度可以在一定程度上增加保温的效果;应该结合外界环境的温度选择合适的保温层厚度与衬砌厚度。 展开更多

关键词 寒区 引水隧洞 对流-导热耦合模型 保温层 保温效果

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