一種噴淋水冷混凝土骨料瞬態(tài)溫度的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程傳質、傳熱學領域，特別涉及一種噴淋水冷混凝土骨料瞬態(tài)溫度 的確定方法。
【背景技術】
[0002] 混凝土骨料預冷、預熱的目的是控制混凝土的澆筑溫度，防止?jié)仓w產生裂縫。混 凝土骨料預冷、預熱技術具有溫度控制嚴、強度大、系統(tǒng)布置復雜等特點，是關系到水利水 電工程特別是大型水利水電工程安全、經濟和保證施工進度的關鍵因素。
[0003] 目前水冷混凝土骨料中常用的方法是噴淋法。噴淋法冷卻骨料一般在帶式輸送機 (膠帶機）上進行，噴淋水管布置在帶式輸送機上方對骨料進行噴水冷卻。帶式輸送機上噴 淋冷水冷卻骨料的速度快、效率較高，適用于大型工程及大規(guī)模的冷骨料供應。
[0004] 噴淋水冷卻骨料的非穩(wěn)態(tài)傳熱涉及多相間的復雜傳熱過程，膠帶機上骨料的傳熱 過程與帶速、噴淋水溫、空隙率、密度等多種參數相關。目前對噴淋水冷的換熱過程研究的 很少，工程上多靠經驗來預測骨料水冷之后的溫度。《大體積混凝土預冷技術》（翁定伯編 著，中國電力出版社，2011)提到以單顆球體骨料在第三類換熱邊界條件下（骨料表面為對 流換熱條件）的瞬態(tài)傳熱規(guī)律來近似計算膠帶機上的骨料在噴淋水冷過程中的瞬態(tài)溫度。 具體計算方法如下所述。
[0005] 膠帶機在輸送過程中會積存噴淋水，大部分骨料浸沒在水中被冷卻，小部分骨料 在噴淋作用下冷卻。浸沒在水中的骨料與水流進行熱交換時，換熱表面處于對流換熱的第 三類邊界條件。球體在第三類邊界條件下的瞬態(tài)換熱過程有經典的理論解，工程上采用的 計算方法是：
[0006] 畢渥數Bi :
[0007] 傅里葉數Fo:
[0008] 無量綱常數J1:
[0009] 骨料平均溫度T :
[0010] 式中，α為骨料表面的對流換熱系數，λ為骨料的導熱系數，R為骨料半徑，a為 骨料導溫系數，τ為換熱時間，T。為骨料初始溫度，T為骨料歷時τ之后的平均溫度，T 3為 噴淋水溫，Pi為瞬態(tài)導熱方程的特征值。
[0011] 工程中對流換熱系數α通常取經驗值：特大石、大石（直徑150-40mm)，取α = 116 ~58kW/ (m2 · °C );中石、小石（直徑 40_5mm)，取 α = 35 ~12kW/ (m2 · °C ) 〇
[0012] 當Fo>0. 25時，式（4)可以只取級數的第一項；當Fo <0.25時，需取前6項才可 達到足夠精度。
[0013] 根據上述的計算方法，可得到噴漆水冷條件下，帶式輸送機上骨料在不同時刻的 溫度。這種方法是目前水利水電輔助企業(yè)內普遍采用的設計計算方法，這種方法雖然簡單， 但有明顯的缺點：
[0014] (1)該計算方法以單顆球體為研究對象，忽略了膠帶機上骨料的堆積效應，與實際 情況不符。
[0015] (2)該計算方法中對流換熱系數α是根據粒徑大小憑經驗取值，沒有考慮噴淋流 量、膠帶機容積等因素的影響，取值粗糙。
[0016] (3)該計算方法用浸沒在水中的骨料的瞬態(tài)溫度代表膠帶機上所有骨料的瞬態(tài)溫 度，未考慮未浸沒的骨料在噴淋作用下的瞬態(tài)溫度。
[0017] (4)骨料的噴淋冷卻過程影響因素眾多，如膠帶機尺寸、浸沒程度、噴淋流率、堆積 空隙率等，該計算方法都沒有考慮到這些因素的影響，也沒有明確的適用工程范圍，計算精 度不高。

【發(fā)明內容】

[0018] 為了克服現有確定方法的誤差大和計算精度不高的問題，本發(fā)明提供一種噴淋水 冷混凝土骨料瞬態(tài)溫度的確定方法，本發(fā)明計算精度較高、計算了未浸沒骨料在噴淋作用 下的瞬態(tài)溫度，并根據浸沒率計算出膠帶機上堆積骨料的平均溫度。浸沒區(qū)與未浸沒區(qū)骨 料的換熱規(guī)律不同，所以本發(fā)明更全面、更真實，符合實際情況，本發(fā)明的額計算誤差不超 過±10%，是一種系統(tǒng)全面、準確可靠的確定方法。
[0019] 本發(fā)明采用的技術方案為：
[0020] 一種噴淋水冷混凝土骨料瞬態(tài)溫度的確定方法，具體步驟為：
[0021 ] 1)獲得參數，計算傅里葉數Fo,測出骨料的直徑d，浸沒率η，噴淋時間τ，噴淋 流量m，膠帶機長L，膠帶機寬W，膠帶機上未浸沒骨料的外表面積F，噴淋水的動力粘度μ a， 通過溫度傳感器獲得骨料初始溫度T。，噴淋水溫Ta;
[0022] 2)根據步驟1)中獲得的傅里葉數Fo,計算浸沒區(qū)骨料平均溫度Tin，浸沒區(qū)骨料 平均溫度Tin為：
[0024] 式中，Fo為傅里葉數，A、B、C為擬合數；
[0025] 3)根據步驟1)中獲得的傅里葉數Fo，骨料初始溫度T。和噴淋水溫T a，計算未浸 沒區(qū)骨料平均溫度Tciut，未浸沒區(qū)骨料平均溫度TciutS :
[0027] 式中，Fo為傅里葉數，T。為骨料初始溫度，T a為噴淋水溫，A、B、C為擬合數；
[0028] 4)根據上述步驟得到的參數，計算骨料平均溫度，骨料平均溫度T :
[0030] 式中，Tin為浸沒區(qū)骨料平均溫度、T _為未浸沒區(qū)骨料平均溫度、Tl為浸沒率；
[0031] 5)步驟4)中得到骨料平均溫度T為澆筑溫度。
[0032] 步驟2)中，A、B、C為擬合數的取值為：A、B、C的取值在浸沒區(qū)不同的骨料直徑，取 值不同：
[0033] 先計算出單位面積噴淋流量G :
[0035] 式中，m為噴淋流量，L為膠帶機長，W為膠帶機寬，
[0036] 浸沒區(qū)對流換熱系數α ιη的取值由骨料直徑確定，
[0037] 骨料直徑 80_150mm : α ιη= 91. 637 · G+123. 99
[0038] 骨料直徑 40_80mm : α ιη= 1〇4· 05 · G+76. 98
[0039] 骨料直徑 2〇-40mm : α in= 6L 部6 · G+2· 〇269
[0040] 骨料直徑 <20mm : α ιη= 58. 614 · G+0. 8716
[0041] 通過單位面積噴淋流量G和浸沒區(qū)對流換熱系數α in得到浸沒區(qū)畢渥數Bi in:
[0042] A、B、C的取值在浸沒區(qū)不同的骨料直徑，取值為：
[0043] d = 80 ~150mm，
[0044] A = -0· 0402 · Biin+1. 1223
[0045] B = -0· 1554 · Biin+1. 5256
[0046] C = 2· 5927 · Biin_2. 6824 ;
[0047] d = 40 ~80mm，
[0048] A = 0· 0947 · Biin+0. 8355
[0049] B = -0· 1955 · Biin+1. 2609
[0050] C = 2. 6326 · Biin-O. 2936 ;
[0051] d = 20 ~40mm,
[0052] A = 0· 2649 · Biin+0. 8891
[0053] B = 0· 1609 · Biin+0. 7167
[0054] C = 5. 2176 · Biin+0. 1715 ；
[0055] d = 5 ~20mm，
[0056] A = 0· 8367 · Biin+0. 8469
[0057] B = 0· 1814 · Biin+0. 6758
[0058] C = 2. 4048 · Biin+0. 0566。
[0059] 步驟3)中，A、B、C的取值在未浸沒區(qū)不同的骨料直徑，取值不同：
[0060] 先通過未浸沒區(qū)骨料群畢渥數扮_計算模塊計算出雷諾數Re ;
[0061] 未浸沒區(qū)噴淋流率Γ :
[0062] 雷諾數Re :
[0063] 式中，m為噴淋流量，F為膠帶機上未浸沒骨料的外表面積，μ a為噴淋水的動力粘 度，
[0064] 未浸沒區(qū)降膜對流換熱系數a DUt:
[0065] a 〇ut= -〇· 0002 · Re 2+0· 7112 · Re+28. 43
[0066] 通過雷諾數Re和未浸沒區(qū)降膜對流換熱系數α _得到未浸沒區(qū)畢渥數Bi
[0067] A、B、C的取值在未浸沒區(qū)不同的骨料直徑，取值為：
[0068] d = 80 ~150mm，
[0069] A = 0· 9753 · Biout0.0004
[0070] B = 0· 9938 · Biout0 042
[0071] C = 6. 04 · Biout0-1868;
[0072] d = 40 ~80mm，
[0073] A = 0· 9957 · Biout0 001
[0074] B = 0· 9881 · Biout0 034
[0075] C = 3. 9344 · Biout0'3033;
[0076