温差研究范文
温差研究范文（精选12篇）
温差研究 第1篇
关键词：发动机,排气,温差发电器,数值仿真
0 引言
车用温差发电系统的研究设计中,需要根据发动机的工作状态,分析温差发电器的转换性能,数字仿真是重要的计算工具。Ryosuke[1]建立了热流-电源的一维计算模型,采用SPICE软件进行电路的仿真;Lazard[2]在设计中,采用建模和优化的方法;国内外学者在关于温差发电研究中,采用了数值计算的方法[3,4,5,6,7]、对汽车的热系统采用CFD软件进行研究[8,9,10,11,12];文献[13,14]对一种内置式温差发电系统进行了建模和数值分析。在此基础上,可以构建对整个热-电系统的仿真,通过对发动机排气参数的计算,以及温差发电器内部的流动、换热和温差的计算,进而得到转换电流的数值。
1 发动机排气余热的温差发电系统
发动机温差发电系统结构如图1所示,其中1为发动机(或包括蜗轮增压器),2为排气管,3为三元催化器,4为温差发电器,5为冷却器,6为消声器。发动机的排气具有高温、高压、高速、脉动的特征,是温差发电系统的热源,冷却器是温差发电系统的冷源。
因此,完整系统的建模包括建立发动机、排气管、三元催化器、温差发电系统、消声器的计算模型,以及定解条件。这是一个关于流速场、温度场、压力场、转换电场的耦合的仿真系统,在研究中也可以根据仿真的目的进行合理的简化。
2 数字仿真系统
为了分析内置式温差发电器热通道中,转换元件的温度场特性,上述仿真系统可以简化由框图2表示。
其中,软件Boost是AVL公司开发的一款发动机仿真软件,该软件包括交互式预处理程序、主程序和后处理程序三部分,具有方便的操作界面、直观的模型显示和完善的后处理程序,被广泛地应用到发动机研发和测试优化中,减少了大量昂贵的试验台架费用。Star-CD是全球第一个采用完全非结构化网格生成技术和有限体积方法来研究工业领域中复杂流动的流体分析商用软件包。该软件与通用CAE软件具有良好的结合性、能生成高质量的四面体网格,尤其具有流-固耦合计算功能。
3 实例研究
3.1 发动机工况仿真
某型号四冲程汽油发动机(无废气蜗轮增压)的主要数据如表1所示,运用AVL-Boost软件建立的该发动机模型如图3所示。
图3中元件SB1、SB2表示系统边界,定义系统边界的相关参数;CL1为发动机进气空气滤清器;PL1、PL2为稳压腔,分别模拟进气谐振腔与排气消声器;C1、C2、C3、C4为气缸,模拟发动机气缸运行情况;J1、J2、J3为三通管,将各管道进行连接;MP1-MP7为测量点,其中MP4为排气门出口之后排气歧管中的一个测点,它的数据是瞬态时排气的参数;数字1-15为连接管,用以模拟各管道。
仿真前,首先对图3中各元件和相关参数进行初始化,将初步计算得出的额定功率和最大扭矩与实际发动机的数据进行验证,并对该模型的参数进行标定,当计算数据与实际数据的误差在5%以内时,可以认为模型精度达到了仿真的要求。该发动机参数标定的结果如表2所示。
在此标定下,可以得到一组排气的温度、压力和流速值。图4所示为测量点MP4处,气体的温度随曲轴转角的变化规律,平均温度为1 089 K;图5所示为测量点MP4的流速随曲轴转角的关系,平均流速为61 m/s。
由于温差发电器与发动机之间的排气管较短,在分析温差发电器转换元件的温度场时,可以近似地以发动机排气管的气体参数,作为温差发电器计算的初始条件。
3.2 温差发电器模型的建立与网格划分
内置式温差发电器的几何模型如图6所示,其中:Th、Ph、Ch分别是高温流体的温度、压力和流速;Tc、Pc、Cc分别是低温流体的温度、压力和流速;加热器1是热流的通道,也是热电偶回路的热源;通道内的截面4为十字型,它也是热电转换器件,外表是换热面积,内部设置热电偶阵,并连通到冷却器(冷源)2中采取水冷却,形成完整的热电回路;3是绝热层,避免热流体与冷流体通过壁面进行传热;而热流体和冷流体分别与热电偶结点之间进行热量传递的形式是对流换热。
仿真模型由Pre/E建立,并导入ICEM CFD软件进行四面体网格的划分。为了减少几何失真,在进行网格划分前需要对几何模型进行检查和修复。为了提高计算的速度和准确度,温差发电器的全局因子和最大尺寸分别选用0.5和8,关闭点线面的尺寸设置后在用默认的体网格划分方法,划分完成后对网格进行检查和修复,确保网格质量在0.3以上,得到最终的网格数量为87万。
3.3 STAR-CD仿真
将完成的网格输入STAR-CD,计算通道内流体与转换元件的热交换。经雷诺数Re计算,加热器通道内的高温、高速气流属于充分发展的湍流状态;冷却器采用强迫水冷方式,也属于充分发展的湍流状态。
三维湍流对流换热不可压缩流体的时均微分方程为
连续方程
动量方程
能量方程
式中 t时间;
u、v、w分别是速度在x、y、z方向的分量,m/s;
p压力,Pa;
ρ密度,kg/m3。
整体温差发电器模型仿真时,加热器通道与冷却器通道同时进行计算。加热器通道以测量点MP4的参数平均值,作为初始温度和初始流速;冷却器通道冷却水的初始温度取320 K,初始流速取6 m/s,发电器外壁面与大气的对流换热系数取15 W/m2K;二通道之间有热电转换器件传导的热量,导热系数t2 W/mK,热传导方程为
STAR-CD求解器的类型设置为定常分析,采用高Reyonld数的K-eplise模型和SIMPLE算法,收敛残差设置为0.001,Solver项采用CG,差分格式选择UD,计算到400步的时候达到了收敛的要求。
数值计算可以得到加热器通道与冷却器通道内,流体的温度、压力和速度的变化,以及对流换热系数的变化情况,特别是固体壁面的整体温度状态。图7所示为温差发电器中热电转换器件稳态时的温度分布。由此,可以根据热端和冷端之间的温差值,进一步通过电路的计算,得到输出电流的参数。
4 结论
车用温差发电系统的设计需要与发动机性能相配合,发动机―温差电源仿真系统是重要的研究设计工具,在研究温差发电器的温度场时,可以通过合理地简化仿真系统和分别建模,对发动机的工况进行仿真,并以仿真结果作为初始条件,计算该工况条件下,温差发电器内部的流动、换热和温度分布。使定解条件的获取和计算分析更具科学性。
系统的仿真需要使用不同的软件,充分地发挥各相关软件的优势,是提高仿真的可靠性和精确度的关键。
影响昼夜温差大小的因素 第2篇
昼夜温差是由白天温度的最高值和夜间温度的最低值之差决定的。在实际测量中，白天最高温常在午后的.14点左右，夜间最低温常在日出前。
阴天的时候，白天的云层厚实，太阳辐射不容易直接到达地面，从而使地面辐射减少，因此气温就不会很高。所以多云的白天气温较低。就好比大中午的时候打伞，遮阳隔热。
阴天的时候，晚上的云层厚实，地面辐射依然不断地把热量从地面带走，但因为云层能吸取大量的地面辐射，且能把地面辐射转化成大气逆辐射，重新返回给地面，所以这时气温会比较高。就好比晚上你盖了一层棉被，所以不觉得冷。
《温差电技术》评介 第3篇
温差发电器的研制工作在二十世纪五十年代末六十年代初得到了飞速发展。特别是空间技术对电源的需要大大刺激了温差发电器的研制工作。六十年代初就有一批温差发电器成功地应用于空间、地面和海洋。1963年， 美国将一个输出电功率2.7 W的同位素温差发电器Snap3用在军用导航卫星上。1969年到1972年， 美国人将5个Snap27同位素温差发电器成功地放在月面上作为月面科学仪器供电电源。
我国自1950年代末开始温差电技术研究。温差电制冷器的开发应用较早，应用范围也很广泛。1990年起，温差电学又遇到了一个好机会，得以蓬勃发展。这主要是因为温差电制冷不会对环境造成污染。近年来，在一些国家能源和环境政策中，温差电技术被认定为减小温室气体浓度的一种战略技术。许多国家开展了温差电技术，利用工业过程废热、发电厂废热、运载工具废热发电的研究，无论在温差电学基础理论、温差电材料、器件和系统、应用研究各方面， 都投入了大量人力、物力和财力，也取得了许多有意义的进展。
本书主要分为12个章节，主要介绍温差电技术概述和基础理论、温差电材料及其制备工艺、温差电单体连接技术、温差电换能器、温差电材料和器件的表征、温差发电器及其应用、温差电制冷的应用等。全书全面、细致地介绍了国际与国内温差发电技术方面的原理、技术、发展历程及在军事、航天、医学、微电子领域具有的重要作用等，同时细致说明温差发电技术的特点、即利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态直接发电方式。
仿生温差减阻基础分析研究报告 第4篇
仿生设计在汽车设计上的应用, 一直是国内外汽车设计师不断探索的前沿领域, 当前, 研究和利用生物系统的丰富形态、优异结构以及奇妙的功能, 已经成为汽车革新设计和汽车技术革命的一个新方向。国外工程师参照鲸鱼、海豚等生物的形体, 设计汽车的外形, 来降低空气阻力或紊流耗散, 流线型车身成为当今汽车外形设计的主流;生物界普遍存在着非光滑的表面形态, 这种非光滑的表面形态通常具有减阻功能, 称之为形态仿生功能表面。国内外学者在汽车、飞机等运动物体上研究了不同的形态仿生功能表面, 得到了较为明显的减阻效果。最近, 国外有学者研究发现, 鲸鱼、海豚等生物的皮肤表层与周围流体存在有5~9℃的温差, 该温差有着降低游行阻力的效果。
本项目主要研究两个方面:湍流模型中壁面函数与流体边界层网格质量之间的关系, 建立合适的壁面函数, 准确反映温差对流动阻力 (压差和粘性阻力) 的影响和多工况 (流动速度、流体温度和模型表面与周围流体的温差) 下, 模型表面温差对流动阻力的影响;
以下结合本项目的研究目标, 建立合理的简化模型;湍流模型中不同的壁面函数对壁面边界层网格有着不同的要求, 建立合理的壁面函数, 准确反映温差对流动阻力所产生的影响;在进行计算流体动力学方法 (CFD) 仿真计算时, 网格数量和质量对仿真计算结果影响较大, 所以进行网格敏感性分析, 研究近壁面网格节点y+值和流动阻力仿真结果的关系;设计不同的流体流动速度、流体温度和模型壁面与周围流体的温差, 系统地研究不同工况下减阻效果。
1 简化二维模型
建立如图1所示的简化二维模型
2 计算用模型及流体 (水) 的物性参数
2.1 计算模型
湍流模型:RNGk-ε湍流模型
优点:1) RNG理论为湍流Prandtl数增加了一个解析公式, 然而标准k-ε湍流模型使用的是用户提供的常数;2) 标准k-ε湍流模型是一种高雷诺数的模型, RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式, 但该公式的效用依赖于正确的对待近壁区域。该模型对于旋转流动、强逆压梯度的边界层运动、流动分离和二次流有着很好的表现。
壁面函数:研究发现, 相较于标准壁面函数和非平衡壁面函数, 采用增强型壁面函数 (Wall Enhanced Functions) 对压力降有较高的计算精度。如果采用增强型壁面函数, 最理想的网格划分是与壁面相邻的控制体积的节点在y+=1位置, 如果稍微大点, 比如y+=4~5, 只要位于粘性底层内, 都可以满足工程计算精度要求。本研究采用增强型壁面函数。
2.2 水的物性参数
仿真计算中, 温度由273K上升至277K左右时水的密度略有增大, 温度继续上升, 水的密度变小。而水的粘度则随着温度的升高而降低。
3 网格敏感性分析研究
3.1 网格离散
本研究的重点是流体域中圆孔壁面位置的阻力变化, 为提高计算精度, 在圆孔附近区域采用四边形结构网格, 其它区域采用三角形非结构网格。
3.2 计算工况及求解
仿真计算中, 进口采用速度进口, v=0.5m/s, 进口温度为293.15K;出口采用压力出口, 相对静压为0Pa;中间圆孔面为自由滑移壁面, 壁面温度为302.15K, 其它壁面及流体域初始温度设定为293.15K。
采用压力-速度耦合求解算法求解, 压力项采用标准格式, 其余各项采用二阶迎风格式。本研究重点考虑温差对流动物体的阻力影响, 故取消各控制方程的收敛残差标准。相较于粘性阻力, 压差阻力在总的阻力中占有很大的比例, 故监测流体域中的圆孔壁面上的压力变化。随着迭代计算, 压力保持恒定, 认为迭代计算结束。
3.3 网格敏感性分析
在圆孔壁面边界层内, 存在着粘性应力和雷诺应力。粘性应力在壁面上有最大值, 离开壁面迅速减小;雷诺应力在壁面处区趋于零, 离开壁面开始增大, 在Y+大约为5~8时雷诺应力达到最大。实验研究表明, 近壁区域可以分为三层, 最靠近车身壁面的区域被称为粘性底层 (0<Y+<5) , 湍流切应力为零, 流动是层流状态, 分子粘性对于动量、热量和质量输运起到决定作用;外区域称为完全湍流层 (对数律区30<Y+<1000) , 湍流起决定作用。在完全湍流与层流底层之间底区域为缓冲层 (5<Y+<30) , 该区域内分子粘性与湍流都起着相当的作用。在本仿真计算中, 增强型壁面函数 (Enhanced Wall Functions) 对圆孔附近网格有着特殊的要求, 故对圆孔附近网格进行不同程度的加密处理, 进行网格敏感性分析。采用流体域中圆孔近壁面网格节点的平均Y+值为横坐标, 纵坐标为圆孔壁面上的阻力, 如图2所示。
由图可知, 当圆孔近壁面网格节点平均Y+>5时, 流体域中圆孔上的阻力 (压差阻力和粘性阻力) 随Y+取值的不同, 变化较大。当Y+<5时, 圆孔上的阻力随Y+值变化较小, 进而验证了增强型壁面函数对近壁面网格节点的特殊要求。Y+=3.1892时, 整个流体计算域的网格数达到173382, 考虑到计算时间和成本, 本研究选用圆孔近壁面网格节点的平均Y+=3.4059时所对应的离散网格进行后续的分析研究。
4 温差对流动阻力的影响分析
4.1 计算工况
边界条件:进口为速度进口边界, v=0.5m/s;出口为压力出口, 静压为0Pa;圆孔壁面给定固定温度Tw壁面边界;流体初始温度为T1。为研究圆孔壁面温差ΔT=Tw-T1对圆孔流动阻力的影响, ΔT依次取0K、2K、4K、6K、8K、10K、12K、14K、16K、18K;为研究流体温度对圆孔阻力的影响, T1依次取278.15K、283.15K、288.15K、293.15K、298.15K、303.15K, 共计6组工况计算。
4.2 计算结果分析
当流体温度相同时, 随壁面温差的增大, 圆孔的压差阻力逐渐减小;当壁面温差相同时, 随流体温度的增大, 圆孔的压差阻力也逐渐减小。当T1=278.15K、ΔT=0K时, 压差阻力最大, 为14.37208N;当T6=303.15K、ΔT=18K时, 压差阻力最小, 为13.781731N。
当流体温度相同时, 随壁面温差的增大, 圆孔的粘性阻力逐渐减小;当壁面温差相同时, 随流体温度的增大, 圆孔的粘性阻力也逐渐减小。相较于压差阻力, 粘性阻力整体数值偏小, 对总阻力的贡献率偏低。
总阻力是压差阻力和粘性阻力之和。由于总阻力F中粘性阻力的所占比例较低, 故总阻力F曲线和压差阻力曲线变化规律相接近。
利用公式 (1) 得到在相同流体温度工况下, 圆孔的总阻力的最大变化率, 见表1所示。当流体温度为283.15K时, 圆孔总阻力的减小率最大, 为3.409%。
以上结果表明温度为283.15K时阻力减少率最大, 若想将此应用到实际中, 比如交通工具、农用器械、潜艇船只的表面等等地方, 在其内部添置一个控温系统, 则会减少阻力, 提高其工作效率。
5 研究意义
本项目的成功实施将有助于推进温差减阻的基础研究, 完善仿生减阻技术, 改进现有的汽车造型设计方法与分析手段, 对汽车企业研发或改进车型, 具有十分重要的理论意义与实际应用价值。
摘要：轿车在高速路上行驶时, 对相对静止的空气造成冲击, 空气会因此向四周流动。车底的气流会对车头和引擎舱内产生一定浮升力, 削弱车轮对地面的附着力, 影响轿车的操控表现。
关键词：仿生温差,研究报告
参考文献
[1]Sfakiotakis M, Lane D M, Davies J B C.Review of Fish Swimming Modes for Aquatic Locomotion[J].IEEE J.Oceanic Eng.1999.
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大体积混凝土温差收缩裂缝通论文 第5篇
大体积混凝土产生温差、收缩裂缝的主要原因有以下几点：
(1)水泥水化热引起的温度应力和温度变形。水泥在水化过程中产生大量的热量，使混凝土内部温度升高，因高层建筑基础大体积混凝土单方水泥用量多在400kg以上，1-3天放出的热量相当多，其内部最高温度可达70―80℃，夏季施工时会更高。当混凝土内部与表面温度过大时，就会产生温度应力和温度变形，当这种温度应力超过混凝土内外的约束时，就会产生裂缝;
(2)混凝土收缩与内外约束条件的影响。混凝土在凝结过程中产生收缩，由于受到下部地基的约束而产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度即产生垂直裂缝;另外，混凝土内部温度高，热膨胀大，因而中心产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度值和钢筋的约束作用时，同样会产生裂缝。
昼夜温差大,谨防秋季感冒 第6篇
远离感冒
有“妙招”
生活中其实有很多预防感冒的小“妙招”，简单易行，抵抗力低下的人群不妨一试，对抵御秋季感冒一定会大有裨益。首先，人离不开一日三餐，如果选对了食物就能帮我们抵御感冒的侵袭。
据研究多吃些红色、橙红色或棕红色的蔬菜水果可防感冒，如西红柿、红辣椒、胡萝卜、南瓜、洋葱、红苹果、红枣、沙棘、柿子、山楂等，这些蔬果中富含β-胡萝卜素，β-胡萝卜素可清除人体内氧自由基，参与维生素A的合成，能增强人体巨噬细胞的活力，可加强人体抗御感冒的能力。第二，多喝白开水，秋季气候干燥多风，人体容易缺水，及时补充白开水可以保证人体需要，还可以利尿排毒、清除体内废物，是预防感冒最简便易行的方法。第三，热水泡脚，每天用热水泡脚15分钟，将双脚泡至发红，就可以预防感冒；第四，搓手可以降低感冒的发病率，因为搓手可促进血液循环、疏通经脉、增强上呼吸道抵御感冒的免疫功能；第五，盐水漱口，每日早晚或餐后用淡盐水漱口，可以清除口腔病菌，尤其是仰头含漱使盐水充分冲洗咽部效果更佳；第六，冷水洗脸，平时多用冷水洗脸，可增强人体对寒冷刺激的适应能力，减少着凉感冒的几率。
治疗感冒
有良药
感冒虽不是大病，但是鼻塞、流涕、喷嚏、发热、咳嗽等症状令人很不舒服，如果患有慢性疾病的人罹患感冒，还有可能会加重原有病情，因此，感冒后应该积极治疗。对于感冒的治疗，专家指出，选对药品最为关键。既可治疗普通感冒，又可防治流感的连花清瘟胶囊汇集了三朝治疗外感热病的名方，汉代张仲景宣肺泄热的“麻杏石甘汤”、明代吴又可截断外感热病向体内传变的大黄、清代吴鞠通散外邪、清内火的“银翘散”，三方合一，药效强劲，治疗感冒具有三大优势。
强力集中抗病毒
病毒是引发感冒的罪魁祸首。近年来，国内多家权威机构对连花清瘟胶囊进行了一系列研究证明具有良好的广谱抗病毒作用，体外实验对H1N1、H3N2、H5N1、H9N2、SARS等多种病毒均有抑制杀灭作用。在预防甲型H3N2流感病毒的研究中，连花清瘟胶囊对病毒的活性和增殖表现出明显的抑制作用，效果优于抗病毒药利巴韦林。其强大的抗病毒作用可以迅速消除感冒引起的怕冷、发烧、头痛、肌肉酸痛、全身乏力等症状。另外，连花清瘟胶囊还可有效抑制多种细菌，有利于治疗病毒引发的肺部感染、肺部炎症。
肃清毒火全身爽
中医认为，很多感冒是在体内蕴火的基础上外感风寒引发的，日常生活中嗜食辛辣油腻、长期疲劳过度，都可能在体内积蓄内火，出现嗓子疼、口腔溃疡、牙龈肿痛等“上火”症状，这时遇冷就会引起感冒，只有外散风寒、内清火热，才能从根本上清除感冒。连花清瘟胶囊成分中含有的薄荷、麻黄可以散外邪，贯众、板蓝根、银花、连翘、石膏等可以清内火，大黄更为清火的重剂，能使体内蕴积的火毒从大便清出，毒火肃清了，发热、嗓子疼等症状就会消失。
清除症状不留根
设计实验装置来研究温差电动势 第7篇
关键词：热端温度,冷端温度,温差,电动势
0 引言
温差电动势最早是由德国物理学家塞贝克发现的, 根据两种不同导体 (如铜和康铜) 组成一个闭合回路, 当两个接触点处于不同温度时, 在汤姆逊效应和铂耳贴效应的共同作用下, 接触点间将产生电动势, 回路中会出现电流, 此现象称为温差电动势, 产生的电动势称为赛电动势, 也称为温差电动势。根据温差电动势获得稳定的电源已经在半导体, 航空方面获得了突破。温差电效应与其它制冷设备比较具有取材方便, 简单, 冷却速度快, 无污染, 所以应用前景十分广阔。为了在教学中让学生了解温差电动势的获得, 我们自制了一个简易的实验装置, 用冰水作为冷端, 加热的热水作为热端, 每隔五分钟来观察温度上升的情况来读出万用表所显示的电动势, 演示的过程十分清楚, 让学生对物理现象有了最直观的认识。激发了学生的求知欲。
1 实验装置
热电偶一支, 杜瓦瓶一个, 电热杯一个, 温度计 (量程0℃~100℃, 分度值0.2℃) 一支;四位半数字万用表一台, 搪瓷缸两个, 导线若干。如图1。
2 实验原理
两种相接触的不同金属的接触面两侧出现的电位差, 称接触电位差。接触电位差的数值与接触面的温度有关。将两种金属丝, 例如铜丝和康铜 (铜镍合金) 丝的两端焊接形成一个回路, 如图2, 当两端焊点处的温度不同时, 由于接触电位差大小不同, 极性相反, 回路中将产生合成电动势, 称为温差电动势。热电偶就是依靠温差电动势工作的器件, 它广泛用于温度测量和温差发电等。热电偶工作时高温端称为工作端或热端, 低温端称自由端或冷端。热电偶的温差电动势等于热端和冷端接触电势差之差, 其极性由工作端接触电位差决定。热电偶温差电动势ET与热端、冷端温差的关系可表示为:
式中, T为热端温度;T0为冷端温度;α 与 β 为常数, 由热电偶的材料种类决定。由于 β 远小于 α, 当温差不太大时, 上式可以近似地写成
即温差电动势ET与温差 (T-T0) 成线性关系, 比例系数 α 为热电动势率。当T0已知时, 可由上式确定高温端温度T。
本实验是用四位半数字万用表的200m V档测热电偶的温差电动势。实验用的冷端为冰水混合物, 即冷端温度为摄氏零度;热端用逐渐加热的开水, 在加热过程中测温差电动势。或热端用沸腾的开水, 在自然冷却过程中测温差电动势。于是有
其中t为摄氏温度。
3数据处理
升温过程:
降温过程:
通过上面的数据表格我们可以用坐标纸来进行电动势和时间之间的关系来表现两者之间的线性关系。在直角坐标纸上作升温Et-t曲线如图3, 从图3 中找出代表点A (10℃, 0.55m V) , B (100℃, 6.28m V) , 由此得热电偶温差电动势率
对A点, 按直线方程Et=αt+b, 有
6.28=6.37×10-2×100+b
得截距b为b=6.28-6.37=-0.09
故热电偶温差电动势与温度的经验公式为
Et=6.37×10-2t-0.09 (m V)
于是降温的一组Et、t, 用最小二乘法求直线方程及相关系数
即热电偶温差电动势与温度的经验公式为
Et=6.36×10-2t-0.147 (m V)
因相关系数接近于1, 故线性程度极高。
4 结论
温差电动势实验装置由于其良好的可操作行, 使实验的方法有了诸多的选择, 通过实验结果对其进行探讨深究实验过程中存在的问题和提高实验精度的方法, 并且在实验中掌握了相应的理论知识, 掌握了实验所需要的方法, 用理论指导实验, 通过实验丰富理论达到了对知识的探究能力的目的。我们在实验中通过控制热端和冷端之间的温度来获得电动势, 从而很好的描述了电动势和时间之间的函数关系。
参考文献
[1]高守双.大学物理实验[M].武汉:武汉工业大学出版社, 1990.
[2]李天应.物理实验[M].武汉:华中理工大学出版社, 1992.
[3]丁慎训, 张孔时.物理实验教程[M].北京:清华大学出版社, 1992.
高炉冷却水温差检测系统的研究 第8篇
高炉炼铁的生产过程是一个连续化、大规模、高温高压的生产过程,只有借助先进的检测设备, 以准确获取高炉炉状和异常情况的信息,进而采取切实有效的措施,维持高炉生产稳定顺行,从而实现高炉长寿。高炉冷却水温差检测系统通过冷却水温差的在线监测,并通过炉体热负荷管理,从而指导高炉的操作和维护。高炉的检测点通常有数百个,因此温度检测系统要组成检测网络, 构成多点温度自动检测系统。
在检测高炉冷却水温差过程中,通常采用铂电阻为温度传感器。铂电阻具有测温精度高的优点, 但价格高,温度测量时需要温度补偿,硬件电路实现较为复杂,需要A/D转换后才能实现数字化测量, 因此有较高的总体成本。DS18B20是一种只有三线接口的数字式温度传感器,直接输出数字信号。它允许用户轻松地构建数字化测温网络,并可使多点温度检测系统变得结构简单、运行可靠,易于实现分布式温度检测。纯数字信号传输,使系统具备很强的抗干扰能力。
1 高炉冷却水温差检测系统
本检测系统由上位机、温度采集终端和数字温度传感器构成,是一个典型的主从分布式系统。上位机位于现场中控室内,远离现场,温度采集终端和温度传感器构成下位机安装在现场。温度采集终端和DS18B20采取多总线方式,通过屏蔽双绞线连接,数据传输距离可以达到150m。温度采集终端将DS18B20采集到的实时数据进行处理,即时显示, 并通过RS-485总线传输给上位机。上位机输出测量和报警等信息,可确定温度采集终端和数字温度传感器的数量和运行状态,并且可以定时输出数据报表。如果现场要增加温度采集终端,只需要将其接挂在RS-485总线上即可。系统总体结构图如图1所示。
图1检测系统总体框图 (参见下页)
2 数字温度传感器
温度传感器采用美国Dallas公司提供的一种单总线系统的数字温度传感器DS18B20。D其具有体积小、不需要外围器件、独特的三线接口、抗干扰能力强等优点,测量结果可选9~12位数字量的方式串行发送,测量温度范围为-55℃~+125℃,最大分辨率为0.0625℃。采用单总线专用技术,可直接与单片机I/O口连接进行数据传输通讯,无须经过其它任何转换电路,直接输出温度数字量。是一款高效、低成本的温度传感器。
2.1 DS18B20工作方式
DS18B20采用外部电源供电方式,供电电压为5V。外部电源供电方式如图2所示。
DS18B20采用外部供电方式,减少了程序的复杂性,同时也避免了总线长度过长可能导致的强上拉电流不足。每个单片机的I/O口只连接一个DS18B20,不涉及DS18B20繁琐的序列号读取和匹配操作,使得DS18B20进行多点温度测量的操作变得更方便、更容易。
2.2 DS18B20控制方法
DS18B20使用自定义操作代码,所有的操作过程必须严格遵守代码的操作序列和操作时序,否则DS18B20难以正常工作。主要代码指令如表1所示。
单片机对DS18B20的操作必须按照严格的控制顺序。控制顺序如下:1)DS18B20初始化;2) DS18B20读操作;3)DS18B20写操作;4)数据处理。DS18B20的每一操作步骤必须遵循严格的操作时序和通信协议。
3 温度采集终端
温度采集终端采用Freescale 8位单片机MC9S08AW60为CPU。最多可以加载24路数字温度传感器。终端具有数码管轮询显示传感器栈号和温度,传感器自动排序,传感器插拔或异常即时报警,传感器具有反接保护特点。终端数据采集周期不超过750ms,终端同传感器的接线方式为单总线并行方式,终端采用RS-485通讯方式与上位机通讯。每个终端都具有唯一的数据通讯地址,于是,上位机可以通过RS-485总线对网络各个终端进行通讯,将温度传感器实时采集到的数据即时显示在上位机上, 从而实现对采集终端的远程数据采集与监控。
温度采集终端的作用是将多个DS18B20采集到的数字量进行汇总、运算、显示和管理,并和上位机进行数据通讯。采集终端严格按照DS18B20的操作时序来进行工作,完成对DS18B20的数据采集、温度转换、数据传输等工作,并提供对DS18B20工作状态和温度异常的检测和处理。温度采集终端程序流程图如图3所示。终端之间互不影响,相互独立,即检测系统中若干个终端出现故障时,其他终端仍然可以正常工作。确保系统在复杂的工业现场环境下正常稳定运行。
图3程序流程图 (参见下页)
3.1 DS18B20温度修正
D S 1 8 B 2 0测量温度理论上的最小分辨率为0.0625℃,但是由于各种因素的影响,其真实分辨率为0.5℃,且理论误差不超过±0.5℃,但考虑到极其复杂的工业现场环境,测量的温度数据线性度较差,无法到达高炉冷却水温差的测温精度要求。温度采集终端必须要对DS18B20读取的温度值进行修正后才能达到现场测温精度的要求,为了消除误差, 程序设计采用分段处理误差值。程序对不同的温度范围采用6段修正,选择其中2段为例,代码如下:
;-----------------------------------
;函数名称:温度修正
;温度值比较--判断不同的温度范围进行不同的
; 误差修正 ( 温度值整 数部分保 存在ZHENGSHU标签)
;区间划分0-20;20-38;38-45;45-65;65-85;85-100
;-----------------------------------
BIJIAO: MOV A,ZHENGSHU
REL38: JNC DAYU38 ;---温度补偿20-38度补偿-0.125度(#FEH)
CLR C
MOV A,29H
ADD A,#0FEh
MOV 29H,A
JNC ADD11
MOV A,28H
ADD A,#1h
MOV 28H,A
ADD11: MOV A,28H
ADD A,#0FFH
MOV 28H,A
LJMP DAYU85
DAYU38:CJNE A,#45,REL45
REL45: JNC DAYU45 ;----温度补偿38-45度补偿-0.3125度(#FBH)
CLR C
MOV A,29H
ADD A,#0FBh
MOV 29H,A
JNC ADD2
MOV A,28H
ADD A,#1h
MOV 28H,A
ADD2: MOV A,28H
ADD A,#0FFH
MOV 28H,A
LJMP DAYU85
DAYU45:CJNE A,#65,REL65
REL65: JNC DAYU65
RET
4 上位机
上位机是由组态王kingview6.55开发系统监控软件编写设计。上位机通过RS-485总线与温度采集终端进行通讯,从而获得温度数据与数字温度传感器和采集终端的状态信息。检测系统的上位机为主设备,上位机定时、周期地发送不同地址的通讯信息, 从而让不同的温度采集终端响应,也保证了不同采集终端之间不会相互影响。在上位机发送命令之前,温度采集终端不停地采集DS18B20的数据,当上位机发送命令时,所有温度采集终端都接受地址,和地址相匹配的终端将数据上载给上位机,其他温度采集终端继续采集DS18B20的数据,并等待下一次上位机命令。
上位机的作用就是将若干个温度采集终端采集的温度数据通过图表的形式显示。上位机具有显示各个进出口、小套、总管水温和水温差的能力,自动对高温异常测温点进行报警、故障诊断、定时输出状态报表等功能。通过上位机即可管理了解整个检测系统的工作状态,实时监控冷却水温差数据和采集终端与传感器的状态。上位机工作界面图如图4所示。
5 系统特点
(1)系统采用数字式网络技术,按照网络拓扑结构布线,经济方便。
(2)DS18B20采用外部供电方式,同单片机采用多总线并行操作方式连接,DS18B20之间不存在相互干扰。不同的温度采集终端具有不同的栈号和通讯地址,终端之间不会产生串扰。
(3)上位机具有故障诊断功能,可以实时显示存在故障的温度传感器和温度采集终端。
6 总结
温差研究 第9篇
关键词：温差发电,热电系统,混合动力,废热利用,优化设计
0 引言
当前, 我国正处于社会经济高速发展阶段, 提升能源利用效率对于解决能源危机, 稳定社会经济发展秩序具有十分重要的意义。一项研究数据显示, 目前单缸发动机的能量的65%是通过空气和尾气排放到大气中, 这不仅加剧了温室效应更是敲响了能源危机的警钟。如何开发和利用新能源已逐渐成为我国急需攻克的技术难题。温差发电作为一种新型的发电方式具有其明显的优势, 它不仅具有高效率无污染的特点, 还提升了发电的科学性和安全性。本文主要研究了一种基于温差发电的混合动力自行车, 并提出了一些看法。
1 国内外研究现状综述
从50年代末期我国关于温差发电点的相关研究才开始起步, 我国目前大功率的温差发电模块仍处于研究阶段, 且大功率的温差电系统只是处于理论仿真上及试验阶段, 但是在较小功率上, 目前已经研制出功率在5w-6w的发电产品并且已经商品化。清华大学的徐立珍等人积极致力于废热温差发电研究, 并积极搭建了一个专门的汽车尾气废热温差发电测试平台, 制定了对比研究方案, 以验证其温差发电的合理性与有效性。他们将发电器冷端风冷与水冷技术方案进行了系统地对比与分析, 最终得出了各温差发电模块在不同热端温度条件和负载下的输出功率, 并研究了各方案的经济性。此后, 吉林大学的刘洪阳和武汉理工大学的邓亚东等人也针对汽车尾气余热温差发电技术进行了深入研究和探讨, 并得出了发电器的组装设计和热点模块连接的规律。上述研究都要求以温差发电的基本原理为依据, 通过建立实验模型的方式明确其研究目的和方向, 并积极开展实验研究与理论研讨。这种研究方法和思路对后来研究者的研究影响较大。
1998年, 日本汽车公司专门研制出了一套热电系统, 开创了温差发电技术的先例。该热点系统共有72块热电模块, 各热电模块的规格是统一的, 当其冷热端的温差量达到最大, 即563K时, 整个系统的单位发电量也达到最大值L2W。该系统采用SUS304合金材料制作而成, 冷端冷却水套为铝质材料, 保证了其发电过程的安全性和稳定性。研究人员为测试此系统的发电性能专门设计了一个汽油车爬坡实验, 当汽车的行驶速度达到60km/h时, 热电系统的峰值功率达到了35.6W。通用汽车公司和俄亥俄州立大学在温差发电领域开展了广泛合作, 共同出资进行实验研究, 利用汽车尾气余热和空气间的温度差研制出了一个温差发电装置, 该装置可以利用温度差进行发电, 这一装置明显提升了汽车的燃油利用效率, 节油效果显著。2001年康明斯公司在250k W (335HP) 柴油机上进行了温差装置实验, 在一个传统的温差发电装置上增加了72块HZ一14模块, 并使系统温差保持在250℃到270℃之间, 从而产生了30V/lk W的直流电。
2 混动系统山地自行车的改装
近年来国家大力推广骑自行车, 甚至不少公交站设置了公共自行车, 但由于自行车代步费力, 特别是骑行山地自行车经常穿越于野外, 在上坡时更是需要人力手推爬上坡才能继续骑行。市面上现行的的电动自行车不仅重量大且续航里程短, 而混合动力山地自行车融合了人力、单缸发动机助力的自行车被行家看好, 但是由于发动机热量利用率只能达到40%, 为了提高能源利用率故采取温差发电的方式以此减少能量损失。目前国外对于温差发电的研究比较成熟而我国这方面的研究还只是处于小功率试验阶段。故文章从山地自行车的改装和温差发电相结合来进行研究的阐述。
2.1 发动机的选配
目前市面上在售的发动机按做功行程分为二冲程发动机和四冲程发动机而二冲程发动机主要由气缸盖、气缸、活塞、活塞环等零件组成, 四冲程发动机主要由两大机构五大系统组成。相比较而言, 二冲程发动机比四冲程发动机体积小、结构简单、重量轻、制造维修方便, 且二冲程发动机曲轴转一圈做功一次。四冲程发动机曲轴转两圈做一次功, 由此二冲程发动机比四冲程发动机扭矩输出的更加均匀;而且在曲轴转速和工作容积相同的条件下, 二冲程发动机输出的功率要比四冲程发动机高出一倍。而实际上因二冲程发动机有扫气损失, 且在换气时减少了有效的工作行程, 尽管如此它的实际输出功率还是比四冲程发动机高55%~70%。因此从做工效率方面考虑选用二冲程发动机是最理想的选择。
2.2 自行车的选配
近年来, 前减震的应用逐渐成为行业通用标准, 前后减震的车辆越来越普及。目前, 山地自行车主要包括三类, 即硬尾山地车、软尾山地车、多用途山地车。本研究以硬尾山地车为研究对象, 设计了一种基于温差发电的混合动力自行车。与其他两种山地自行车相比, 硬尾山地自行车的前叉避震器功能更为完善, 其车身主要采用高品质的铝合金或碳纤维打造而成, 经久耐用, 受到了使用者的一致好评。
为提高单缸发动机的能量利用率以及山地自行车的使用性能, 采用单缸发动机加装技术于山地自行车, 使自行车与二冲程单缸发动机及温差发电的有效结合。山地自行车改装为混合动力山地车, 油箱为2.0L加大嵌入式油箱, 经济时速可以跑130公里以上, 中置发动机具有稳定性好, 动力强劲的特点, 美观大方, 拼接紧凑, 动力相互分离、自由切换。可以使用人力脚踏, 也可以使用燃油动力;既可锻炼身体, 又可提高行驶动力性。并利用温差发电西伯克效应将热能直接转换为电能, 作为提供夜间行驶照明和音响的电源并存储于电池中。
2.3 发动机中置图解
车架上下管是采用三角形和梯形, 并相对设计, 使得更多的材料集中在车架两端。也就是说铝合金能够承受更高的压缩应力和拉伸应力, 查询资料得压缩应力和拉伸应力数值相等, 自行车的上管主要承受压缩应力, 下管主要承受拉伸应力, 所以将发动机装置于车架上管和下管中间既美观也符合力学性能。
3 发动机尾气余热利用的系统优化设计
有关实验结果显示, 目前半导体温差发电模块的单位发电量大幅度上升, 同时其热能消耗率显著下降。但若温差发电模块的温差过小就无法达到预期的发电效果。本小组之所以用单缸发动机尾气余热和风冷做为温差源, 是因为混合动力自行车行驶时风速流动快和排气温度高从而温差较大, 混合动力自行车怠速时温度可达到300摄氏度左右且在怠速5分钟之内排气管温度最多上升到250摄氏度左右, 行驶中温度会稳定在150摄氏度左右, 且比较稳定。同时利用风冷无能量输送损耗的问题, 只要摩托车行驶在路上就可以获得其理想温差, 达到其预期发电效果。半导体温差电偶模块作为一种良好的导热材料, 其两面必须接受温度高低差异较大的能量才能顺利发电, 且温差还需继续保持下去, 若模块两面的温度接近那么发电模块就无法输出电流和电压。
3.1 发电模块的安装与设计
(1) 热电模块为长方形, 而汽车排气管的外形轮廓均为圆形或者椭圆形, 这就导致热电模块无法直接安装在排气管上。在此情况下, 只有改变排气管理的形状, 保证其排气通常才能更好地进行发电。理想的排气管道形状为长方体式。 (2) 热点模块的冷端通常采用风冷方式进行降温, 以保证其温差的稳定性。同时, 设计者还专门将散热片设计为长方体式, 使其模块表面能够充分散热, 迅速降温。要想实现系统的高效发电, 就必须提升模块两端的温度差, 增加发电动力。 (3) 在进行温差发电模块安装位置选择时, 设计者首先要考虑排气管温度场分布的均匀性和温度范围是否合理, 如发现问题应及时解决。当确保温度器安装无误后, 设计人员就可以进一步了解整个排气管的温度走向, 以保证其正常工作。本课题组做了发动机尾气沿排气管走向的温度检测采用电偶式精密的温仪器进行测量, 且分两种情况既行驶中和怠速时以时间为横坐标温度为纵坐标以发动机排气支管为起点、排气管末端为终点, 等间距5cm测得不同发动机转速下各个测温点的温度分布情况。据图3、图4分析得出结论混合动力自行车在行驶中和怠速时排气管的温度分布近乎相等。
3.2 半导体温差发电模块的测试选用与装配
(1) 选用。一般正规厂商提供的半导体温差模块都有性能指标, 经过测试不同厂家的温差发电模块的发电性能, 最后选择了其中一个厂家的产品, 具体的测试方法是:用一块风冷散热片做冷源 (散热) , 另一面把电熨斗拨到低温挡作热源, 用万用表进行测试。注意测试一块要停顿一下, 让散热片冷下来再测下一块, 否则误差会很大。
(2) 装配。在排气管四个棱上按发电模块尺寸设计8号铁丝长度, 将铁丝焊接在棱上作为发电模块的安装座, 并在模块的热面均匀涂抹导热硅胶并用特质钢丝拉锁拉紧锁死, 使其无法晃动。
3.3 发电模块的电源管理电路
电源管理电路采用板载超小型PFM控制DC/DC升压控制器芯片, 输入0.9V~5V任意直流电压该电路适应输入电压的大范围变动, 输出电压可调且稳定精度较高。课题组将10个温差发电模块分为五组, 为了保证稳定的输出功率五个发电模块组采取并联方式。而每个组的两个温差发电模块采取串联之后共用一个升压器芯片。五个组并联产生的5V电压在连接一个运算放大器和继电器组成的电路, 该电路给5V锂离子电池充电效率较高, 电池达到电路启动电压时继电器就会切断充电电路, 不会发生过充现象。若将输出电压调在4.2V, 可快速地给3.6电池充电。
3.4 模块的发电量计算
热点模块的发电量计算有其特定的公式。一个包含N对热电偶的热电模块的电动势为:V=Nαpnβ (TH-TC) =Nαpnβ△T, 式中, αpn为热电模块的赛贝克系数, β为热电模块导热性能指数, △T为热电模块冷热端温差。当尾气废热利用率升高时, △T也随之增加。另外两个系数αpn、β为热电模块自身的性能参数, 它们与模块性能有关。当热点模块性能提升时, 整个系统的发电效率也随之提高。
3.5 热电模块拓扑结构
需要注意的一点是, 单片发电模块的发电量是有限的, 必须积极收集尾气废热能量以有效提升其模块的发电量。为解决这一问题, 技术人员可以采用串并联热点模块的方式提升其废热收集量, 提升系统发电率。根据电路相关理论知识, 热电模块不同的串并联接法, 对模块组的输出功率有不同的影响。一般的温差发电装置中, 热电模块在废热通道表面以矩阵形式布置, 下图是本组采用的布置方式。
4 结论
温差发电作为一种新型环保技术, 有效地解决了我国电力资源不足问题, 它通过热电材料完成了热能向电能的转换过程, 该项技术如果得到大范围的推广和应用, 人们就可以随时随地建立起一个小型的温差发电系统, 从而满足其用电需要。温差发电技术实现了废热的高效利用, 变废为宝, 一举两得。目前, 该技术已在美国和日本的多个行业得到广泛应用, 并取得了良好成效。我国可以在此基础上积极借鉴发达国家的成功经验, 加强对基于温差发电的混合动力自行车的研究力度, 并尝试将研究结果应用于其他绿色新能源技术领域, 为发展循环经济、建立资源节约型和环境友好型社会奠定良好基础。
参考文献
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[2]董桂田.汽车发动机排气废热的温差发电[J].北京节能, 1997, 4:7-9.
温差研究 第10篇
裂缝分为微观裂缝和宏观裂缝,通常把小于0.05 mm的裂缝称为微观裂缝,不小于0.05 mm的裂缝称为宏观裂缝,在学术上属于结构材料强度理论范畴。砌体结构裂缝在现实中是一个普遍的现象,所以对砌体结构裂缝的研究具有现实意义。
1 砌体结构温度裂缝的介绍
据统计,砌体结构裂缝的80%以上是由于温度变化和材料收缩引起的。所以,砌体结构温度裂缝是一个相当普遍的问题,它已成为影响房屋使用、美观和耐久性的主要因素之一。砌体结构产生温度裂缝主要由以下两个方面造成:
1)“内约束应力”产生裂缝,即:砌体结构建筑物地面以上与地面以下部分、室内与室外部分存在温差,温差造成墙体内外变形不一致,如果墙体长期处于不协调的温差变形就会开裂,从而产生温度裂缝。2)“外约束应力”产生裂缝,即:由于砌体结构建筑物的钢筋混凝土屋盖、楼盖和砌体材料的膨胀系数不同,在温差的作用下,它们将产生不同的变形,墙体对屋盖或楼板有一定的约束作用,必然会在楼盖或屋盖中引起压应力和剪应力,在墙体中产生拉应力和剪应力,当墙体中的主拉应力或剪应力大于砌体的抗拉或抗剪强度时,墙体将产生斜裂缝,或在墙体与圈梁的接触面上产生水平裂缝,也就是所谓的温度裂缝。
2 屋顶墙体温度应力的简化计算
为使计算结果更符合实际情况、便于应用,王铁梦教授提出了刚性墙体法计算模型(见图1)。其基本原理是假定墙体为半无限体、无限刚性地基,温度应力与结构(墙体)平面尺寸无关;屋面板为作用在地基上的弹性板,相对于墙体,屋面板与墙顶接触面的剪应力τ与水平变位值u成线性比例,即:
τ(x)=-Cx·u(x)。
其中,Cx为比例系数(水平阻力系数),表示引起单位位移的剪应力,N/mm2。
与弹性地基板类似,在屋面板中截取一微段,则可建立混凝土屋面板的平衡方程,再加上边界条件,可得出钢筋混凝土屋面板与砖墙接触面上的剪应力[3]:
其中,
3 顶板宽度和顶板的温差对温度应力的影响
某砖混住宅板厚100 mm,混凝土采用C20,弹性模量为Ec=2.55×104 N/mm2,线膨胀系数α1=1×10-5,墙体是砖砌体,墙240 mm厚,线膨胀系数α2=5×10-6,顶板与砖砌体的阻力系数Cx=0.8 N/mm2,L=33 000,砖砌体采用Mu10,M5。
本文取b=1 500 mm,2 000 mm,2 500 mm,3 000 mm,3 500 mm,4 000 mm,求在温差为20 ℃时墙体顶端水平应力,计算结果如图2所示;取顶板温差5 ℃,10 ℃,15 ℃,20 ℃,25 ℃,30 ℃,求b=3 000时墙体顶端水平应力,计算结果如图3所示。
从图中可以看出,当顶板宽度增加500 mm时,应力增加17.1%,12.2%,8.7%,6%,可见墙体承担的顶板宽度对温度应力的影响甚微;当温度增加5 ℃时,应力增加100%,50%,33.3%,25%,20%,可见顶板的温差对墙体影响特别大,所以应从控制顶板温差和其他一些措施来防治温度应力产生的裂缝。
4 结语
由于墙体的温度裂缝对砌体结构的耐久性有重要的影响,在现实社会中,因墙体裂缝、渗漏等,涉及的纠纷或官司也越来越多,建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此,应采取措施来控制砌体结构裂缝的产生,如:
1)提高屋面保温层的保温隔热性能,设计上必须按建筑节能设计标准,对屋面保温进行热工计算,对保温材料提出质量密度、粒径、导热系数及含水率等技术指标的要求。在施工上应严格按照设计施工规范的规定进行施工,确保屋面保温层的质量[5]。2)在屋面板和墙体间设置滑动层(沥青油毡、滑石粉、白铁皮等),再把圈梁设于滑动层下,若能控制圈梁与屋面板之间的可能微动但不能产生较大的滑动(有钢筋拉结),既解决了裂缝问题,又不降低抗剪能力。3)提高砌体结构的质量,加强墙体抗温度应力的能力,减少温度裂缝的产生。砌体抵抗温度应力,主要取决于砌体的抗剪强度,施工质量对砌体的抗剪强度有重要的影响,因此,严格按施工规范进行施工是非常必要的,同时还建议砌体结构顶层的砂浆强度等级不应低于M5。
摘要：介绍了温度裂缝产生的原因,得出屋顶墙体温度应力的计算公式,研究归纳了顶板宽度和顶板温差对温度应力的影响,提出了减少墙体温度应力的几点建议,以期为现实的工程建设提供一些依据。
关键词：温差,温度裂缝,温度应力
参考文献
[1]杜绍堂.混合结构房屋温度缝和预防措施[J].昆明冶金高等专科学校学报,1999,15(2):54-58.
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[3]张顺宝,沈欣.砖混结构屋顶墙体裂缝计算分析[J].工程力学,2001(sup):174-178.
[4]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[5]郑伟.砖混结构温差裂缝的防治措施[J].建筑科学,1999(1):48-51.
基药调查公立与民营有温差 第11篇
2009年8月，《关于建立国家基本药物制度的实施意见》出台。《意见》提出，政府举办的基层医疗卫生机构全部配备和使用基本药物，并实行零差率销售，各地按照国家规定落实相关政府补助政策；其他各类医疗机构也要将基本药物作为首选药物并达到一定使用比例，具体由各地卫生行政部门确定。
经过多轮体制改革，2011年4月，南通市南三县（通州、启东、海门）所有的乡镇卫生院产权归为国有；北三县（如皋、如东、海安）则采取政府购买基本医疗服务的方式，实行乡镇卫生院民营机制。
南三县卫生院使用的所有药物均来自国家基本药物目录和江苏省增补药物目录，地方政府采取“核定任务，核定收支，绩效考核补助”的办法，对卫生院进行补偿。而北三县的卫生院除了使用基本药物之外，同时被允许配备非基本药物，如皋市和如东县分别要求基本药物销售额占药品销售额的50%、60%；如皋市以辖区内人口定额补助，如东县以药差核算补助，海安县补运行经费、不补差价。
笔者对南通六县乡镇卫生院的384名医生展开了调查，其中包括南三县16个卫生院的196名医生和北三县24个卫生院的188名医生。结果发现，公立卫生院的医生对基本药物制度的支持程度要略高于民营卫生院。
公立卫生院行为更规范
南北六县虽然都加强了基本药物制度的宣传、医务人员技能的培训，但南三县宣传和培训的效果要好于北三县。调查发现，南三县卫生院医生对基本药物品种的熟悉程度以及处方合理性提高的比例都高于北三县。
在基本药物使用方面，虽然南北六县大多数卫生院都制订了相应的监管措施，但北三县卫生院由于民营体制因素，在经济利益的诱导下，并未都严格执行基本药物制度规定。例如，北三县部分卫生院基本药物销售额占比未达到相关政策要求，所销售基本药物中高价药所占比例较大，对医生行为的规范有待提高等。
民营卫生院化验数量增长更明显
实施基本药物制度后，南通市六县的乡镇卫生院均存在化验检查数量增长的现象。但更为突出的是，民营卫生院化验数量的增长明显高于公立卫生院。调查显示，基本药物制度实施后，南三县乡镇卫生院化验检查的数量增长比例为77.9%，北三县则为94.6%。
虽然南北各县的乡镇卫生院均有财政补助，但是北三县依然处于民营机制下。民营卫生院追求的是利润最大化，通过增加化验检查的数量，来弥补由于销售基本药物造成的收入降低成为其必然选择。
而南三县由于机构的收支纳入政府财政预算，保障了乡镇卫生院的运行经费和工作人员的工资，其逐利动机显然要低于北三县。
公立卫生院工作更积极
实施基本药物制度以后，南三县卫生院工作积极性上升的医生人数是北三县的两倍。究其原因，主要有三。
首先是经济利益的驱动。南三县卫生院医生收入的增长明显高于北三县。南三县卫生院收归国有后，政府兑现了一些政策性工资补贴；而北三县卫生院仍为民营机制，没有享受到相关的政策。调查发现，基本药物制度实施之前，南三县、北三县卫生院医生的月平均收入分别为2500元和2700元；基本药物制度实施以后，收入分别为4000元和3000元。
其次，南三县卫生院收归国有后，医生的工作更加稳定了，归属感得到了提高，工作也更加积极。
除此之外，与公立卫生院存在差异的财政补助政策，也导致民营卫生院执行基本药物制度的积极性下降。
温差研究 第12篇
1 高寒地区的基础容许温差标准
高寒地区一般是指:海拔高、年均气温低、冻土常年不化的地区;高纬度、年均气温低、冻土常年不化的地区。我国属于高寒地区的有黑龙江省北部、青藏高原、甘肃、内蒙古部分地区。鉴于高寒地区复杂的环境气温, 大体积混凝土的温控标准的确定需要仔细斟酌, 《混凝土重力坝设计规范》 (SL319-2005) [6]和《混凝土拱坝设计规范》 (SL282-2003) [7]规定的温度控制标准为基础容许温差、上下层温差、内外温差等, 其中, 基础容许温差是指混凝土容许最高温度与稳定温度之差, 是温控防裂设计中的一个重要的参考指标, 表1中给出了混凝土的基础容许温差值, 中小型工程可以直接利用规范中给出的温控指标, 大型工程往往需要根据施工现场条件, 实际温控措施、温度监测数据进行仿真计算, 对规范中的温度控制标准进行调整, 得到更为合理的基础容许温差标准。
如藏木水电站导流明渠稳定温度为9 ℃, 混凝土基础容许温差取规范的下限值, 得到强约束区最高温度不超过23 ℃, 弱约束区最高温度不超过26 ℃;党恩水电站稳定温度为5 ℃, 最高控制温度为22 ℃[5];拉西瓦水电站[8]混凝土温控参考规范, 并考虑拉西瓦拱坝的具体条件, 给出的基础容许温差见表2。
℃
℃
2 组合指数式水管冷却等效热传导模型
在利用水管冷却等效热传导法进行混凝土温度场仿真计算时, 可将冷却水管看成负热源, 从平均意义上考虑水管冷却的效果, 可推得考虑水管冷却效果的等效热传导方程为:
考虑水管冷却的混凝土的温度T1 (t) 计算如下:
绝热温升数学模型有指数式、双曲线式即复合指数式等。本文采用朱伯芳院士提出的组合指数式绝热温升表达式[9]:
组合指数式 (4) 右边取两项, 并将式 (2) ~ 式 (4) 代入式 (1) , 得水管冷却等效热传导方程为[9,10]:
式中:T为混凝土温度;a为混凝土导温系数;T0为混凝土初始温度;Tω为水管进口水温;θ0为最终绝热温升;λ为混凝土导温系数;L为水管长度;c2为冷却水比热;ρω为冷却水密度;qω为冷却水通水流量;D为等效冷却柱体直径。
本文采用Visual Fortran编制了水管冷却有限元法仿真分析程序[11]。
3 实例分析
以岩基上混凝土浇筑块为例进行分析, 该浇筑块高20m, 沿坝轴线方向取20m, 底边长60m, 上游面垂直, 下游面坡率1∶0.7, 浇筑仓厚2m, 采用八节点六面体等参单元, 取基岩的四周及坝体横缝面为绝热边界, 基岩地面为地温边界, 其余为第三类边界, 有限元计算模型如图1所示。
(1) 计算基本参数。混凝土表面放热系数1 005kJ/ (m2d℃) , 混凝土导热系数184.9kJ/ (md℃) , 混凝土密度2 663kg/m3, 混凝土比热860J/ (kg℃) ;基岩导热系数184.9kJ/ (md℃) , 基岩密度2 663kg/m3, 基岩比热860J/ (kg℃) , 气温参照藏木水电站坝区气温资料, 多年月平均气温Ta=9.208+8.2cos[2π/365 (t-210) ], 由于该混凝土浇筑块底边长60m, 基础容许温差参考表1, 强基础约束区取14 ℃, 弱基础约束区取17 ℃。
(2) 计算工况。为基于基础容许温差进行高寒地区高温季节温控措施选择的研究, 对不同温控措施的施工方案进行分析, 间歇期为7d, 第1仓混凝土浇筑时间为5月1日。设计了6种工况:工况1, 自然入仓, 不采取任何温控措施;工况2, 自然入仓, 采用通水冷却措施;工况3, 仅采用骨料预冷措施;工况4, 自然入仓, 进行表面保温;工况5, 采取骨料预冷和通水冷却措施;工况6, 采取骨料预冷、通水冷却和表面保温措施。
其中, 为考虑太阳辐射的影响, 环境气温在月平均气温的基础上分别加2 ℃, 自然入仓时, 混凝土温度在环境气温基础上加3 ℃;采取骨料预冷时, 浇筑温度为12 ℃;采用组合指数式水管冷却等效热传导模型, 冷却水管采用HDPE高密度聚乙烯塑料管, 管径为 Ф32mm, 壁厚2mm, 冷却水管埋设间距为1.5m1.0m (水平垂直) , 一期通水通20d温度为8 ℃的人工制冷水, 通水流量3.0m3/h, 二期通天然河水25d;保温材料用3cm厚的保温苯板, 放热系数为95.52kJ/ (m2d℃) 。浇筑块温度场仿真计算成果分析见表3、图2和图3。
由表3、图2和图3分析可知:
(1) 由表3可见, 相比自然入仓工况而言, 通过骨料预冷可使混凝土最高温度降低5.93 ℃, 通水冷却可降低混凝土最高温度8.85 ℃。
(2) 不采取任何温控措施时, 强约束区最高温度达35.24℃, 该部位年平均温度9 ℃, 基础温差26.24 ℃, 该处浇筑块底宽54.4m, 由表1得基础容许温差为14 ℃, 不满足规范要求;而单独采取通水冷却或骨料预冷措施时, 强约束区基础温差仍然高达18.41、22.89 ℃;只有综合采取通水冷却和骨料预冷措施时, 方可控制基础温差在12.85 ℃以内。
(3) 图2表明, 无任何温控措施时, 混凝土内部整体温度超过容许最高温度, 综合采用通水冷却和骨料预冷措施时, 可使混凝土内部整体温度明显下降, 并且保持在最高容许温度以内。
(4) 分析图3可知, 覆盖保温被会使得混凝土内部整体温度小幅度升高, 但也同时减小了混凝土表面温度梯度, 最大可使表面1 m的温差降低约4.2 ℃, 减小了混凝土表面的开裂风险。
(5) 针对高海拔地区, 太阳辐射热强, 本文对太阳辐射的影响进行了敏感性分析, 分析结果表明, 太阳辐射越强, 使混凝土浇筑仓最高温度越大, 例如, 在第6浇筑仓, 采用加2 ℃考虑太阳辐射的影响, 最高温度为21.85 ℃;当加3 ℃时, 最高温度为22.09℃;加4℃时, 最高温度为22.32℃。这也说明对于太阳辐射强的高海拔地区, 仍有必要在混凝土浇筑时, 进行仓面喷雾措施。
4 结语
高寒地区复杂的地理环境和严酷的自然条件, 导致大体积混凝土的温控防裂分析面临太阳辐射强、昼夜温差大等特点, 以西藏某实际工程为例, 建立了有限元三维仿真模型, 采用水管冷却等效热传导法进行混凝土温度场仿真计算, 基于基础容许温差对高寒地区高温季节温控措施进行分析, 得到如下结论。
(1) 高寒地区年平均气温低, 但是夏季气温仍然比较高、日变幅较大、太阳辐射强, 如果不采取骨料预冷和通水冷却等温控措施, 那么基础容许温差仍然难以满足温控防裂要求。分析表明, 只有综合采取通水冷却和骨料预冷措施时, 才可将强约束区基础温差控制在12.85 ℃以内。
(2) 在高寒地区高温季节进行大体积混凝土施工时, 混凝土受外界环境和内部水化热影响依然很大, 基础约束区需要采用骨料预冷和通水冷却等温控措施, 控制浇筑温度在12 ℃以内, 一期通15~20d6~8 ℃的人工制冷水, 二期通天然河水冷却;由于高海拔, 太阳辐射强, 有必要在混凝土浇筑时进行仓面喷雾。
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