不同冷却水管布置方式对冷却效果的影响

冷却管的布置方式主要考虑水平布置和竖直布 置两种形式 ,其中包括冷却管的长度和间距变化。 混凝土中埋设冷却管的长度范围即冷却效果 的主要 影响范围,单根冷却水管长度不宜超过 200m。冷却管在水平向的覆盖范围越广 ,对冷却混凝土的影 响范围越大 。但是从另一方面而言,单根冷却水管的 长度越长 ,冷却水对水管尾部 附近的混凝土影响越小 ,冷却管的长度增加一倍,相当于水流量减少一 倍 的效果。因此从冷却管的影响效果方面考虑水管的布置。
设置水管的水平间距为 1m,纵向长度每束 16m, 分别考虑单根水管蛇形布置 7、8、9、10条纵向水管 (对应水管总长分别为 118m、135m、152m、169m) 对冷却效果的影响,其内直径为 38.1mm,混凝土的材料属性及外边界条件与无冷却管时计算相同。分析混凝土温度场变化情况时选取了混凝土结构中4个具有代表性的特征点(a、b、c、d)的混凝土温度变化。
水管水平间距为 1m时 ,不同水管长度条件下混凝土结构中出现的最高温度历时曲线如图 4所示。冷却管覆盖范围内各特征点的温度历时 曲线基本重合 ,且并无明显变化 ,同时最高温度几乎全部出现在水管末端附近混凝土以及水管并未覆盖范围,所以单纯减小水管长度来考虑经济因素是不可取的。
如上图所示 ,9条和 10条纵向水管的布置方式 温度 峰值历 时曲线基本重合 ,说明采用 9条纵向水管的布置方式已能较好影响到整个混凝土的温度场 ,故选用 9条纵 向水管的布置方式较优。
水平间距的变化对混凝土温度场控制的效果影响很大 ,冷却管水平间距应满足 0.5—1.5m要求,因此分别考虑水平间距 0.8m、1.0m、1.2m、 1.4m条件下混凝土 温度场 的变 化情况 。如下图中 a、b两 点温度变化可以看出,水平间距的减小 , 能够快速降低水管附近 的混凝土温度 ,达到温度控制的目的;两个特征点 的温度历时曲线变化趋势较为一致 。由 c、d两点温度变化可以看出,在空气散热与水管冷却的共同作用下 ,水管进出水口处的混凝土温度皆有降低,c点在通水一段时间后才开始显示出冷却效果的不同,自由表面的散热对混凝土的温度场有较大的影响 ,在温升达到峰值以后水管冷却的作用才得到较充分 的发挥 。尾水口处附近混凝土 的温度场(d点 )变化则较为复杂 ,其主要原因是水平间距的变化同样引起水管长度 的变化 ,使得几种不同水平间距条件下尾水口的温度控制变化趋势与前 3个特征点并不 完全一致 。
温度峰值皆出现在水管覆盖区以外 ,水平间距的减小也对温度峰值有较大的削减作用 ;水管间距每减小 0.2m,混 凝土温度峰值削减增多 1℃左右 。