非傅里叶导热混凝土温度场分析

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经典傅里叶定律隐含了“热扰动的传播速度无穷大”这个假定,这对“非瞬时响应”是可以接受的。混凝土施工过程缓慢,混凝土材料的传热大部分都属于傅里叶传导效应,但是,在有些极端的热(冷)冲击情况,热传导往往表现为非傅里叶现象。如果仍采用傅里叶热传导方程去求解,会产生虚假的温度振荡现象。这种温度振荡现象显然与真实物理行为不符。这一虚假的温度振荡现象的产生,是由于经典傅里叶定律隐含了热扰动的传播速度为无穷大,导致混凝土内部各点温度的瞬时响应。但对这些“热冲击”比较明显的工程问题,求解的温度场将会失真。  本文基于非傅里叶导热定律,对新混凝土入仓对老混凝土表层冲击等三类大体积混凝土瞬态传热问题进行理论求解,并进行了数值模拟。主要内容包括:⑴推导了非傅里叶热传导方程,并对“夏季暴雨冲击”等问题建立数学模型后利用积分变化法求解。⑵比较了“两类解”(傅里叶传热与非傅里叶传热)在第一类边界条件下,不同时间、深度及弛豫时间的混凝土温度场分布情况,并分析其对混凝土温度场的影响程度。⑶讨论了混凝土弛豫时间对非傅里叶传热的影响,并总结了两类解析解试用范围。
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