不同材質水管溫控防裂對比分析

郭利霞 強 晟

（河海大學水利水電工程學院,南京 210098）

在水工混凝土結構施工中,常埋設冷卻水管以滿足混凝土溫控要求.國內一般采用鐵管作為冷卻水管因為鐵管導熱性能好,施工方法成熟,但鐵管費用較高,接頭常發生滲漏或堵管.因此,國外有許多工程都使用軟管代替鐵管.軟水管主要特點為鋪設方便快捷,接頭方便,但導熱性能不如黑鐵管.軟冷卻水管在國外有較多的成功經驗,在國內運用不多,僅在二灘工程大規模采用[1-2].軟水管研究相對也很少,朱伯芳[3]對聚乙烯水管計算方法進行研究,黎汝潮[4]采用試驗驗證了其可行性,但還有必要對不同材質冷卻水管從早期,后期及管壁應力等等各方面進行溫降防裂對比研究.軟管材質一般有塑料,橡膠和聚乙烯等,但是軟水管的導熱系數較低,為了改善這種弱導熱性,使得鋼絲網塑料復合管得到推廣,圖1就是現有常用的一種鋼絲網塑料復合管.在仿真過程中,軟水管的邊界當作第三類邊界處理.

圖1 鋼絲塑料復合管

1 水管冷卻溫度場計算原理

冷卻水管屬于強制對流換熱,對流換熱系數足夠大,鐵管管壁可近似視為第一類冷卻邊界；否則應視為第三類吸熱邊界,在理論上會更嚴密些.當為第一類冷卻邊界時,可表示為

式中,Tw（t）為管內冷卻水溫,沿程變化,且事先只知道其入口水溫；Γ0為水管冷卻邊界,如圖2所示.

圖2 有水管冷卻時的溫度場邊界條件示意圖

水管沿程水溫的增量計算采用[5]