Giáo trình Công trình Thủy nâng cao - Chương 4b: Bài toán tỏa nhiệt 3D - Nguyễn Thống

NâNG CAO PGS. Dr. Nguy?n Th?ng 10/25/2010 3 NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 4b: Bài toán toả nhiệt 3D. Chương 5: Phân tích ứng suất trong ñập bê tông khi xảy ra ñộng ñất. Chương 6: ðường hầm thủy công - Giếng ñiều áp. Chương 7: ðường ống áp lực – Nước va trong ñường ống. CôNG TRìNH THủY NâNG CAO PGS. Dr. Nguy?n Th?ng 10/25/2010 4 NỘI DUNG THỰC HÀNH 1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính nước va trong ñường ống áp lực WaterHammer_BK. 2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính khuếch tán nhiệt 3D trong bê tông thủy công. 3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính ổn ñịnh mái dốc ñập vật liệu ñịa phương. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO 10/25/2010 5 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Thuûy coâng – Taäp 1. Tröôøng ÑHXD. T/g. Nguyeãn Xuaân Ñaëng. 2. Cô hoïc ñaát – Tröôøng ÑHTL. 3. Phần mềm SIGMA. 4. Phần mềm SLOPE. 5. Phần mềm SEEP. 6. Phaàn meàm Crystal Ball. Tài liệu download tại ñịa chỉ Web: Web: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO 10/25/2010 6 NOÄI DUNG Giôùi thieäu baøi toaùn khueách taùn nhieät trong khoái ñoå beâ toâng:
Thieát laäp baøi toaùn.
Nghieân cöùu söï phaân phoái nhieät ñoä theo thôøi gian sau khi ñoå.
Aûnh höôûng caùc loaïi ñieàu kieän bieân leân baøi toaùn.
Aûnh höôûng cuûa quy moâ khoái ñoå.  . COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 210/25/2010 7 GIÔÙI THIEÄU HIEÄN TÖÔÏNG Khi ñoå beâ toâng khoái lôùn  hieän töôïng toaû nhieät nhieät ñoä khoái ñoå taêng. Khi beâ toâng ñoâng cöùng & nhieät ñoä khoái ñoå KHAÙC nhieät ñoä moâi tröôøng (cao hơn)  nhieät ñoä tieáp tuïc giaûm  hieän töôïng co ngoùt beâ toâng  hieän töôïng öùng suaát nhieät. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 8 GIÔÙI THIEÄU HIEÄN TÖÔÏNG Trong thi coâng caàn phaûi “kieåm soaùt” hieän töôïng naøy trong giôùi haïn ñeå ñaûm baûo öùng suaát do co ngoùt cuûa beâ toâng khoâng vöôït giaù trò cho pheùp ( khoâng gaây ra nöùt neû
laøm giaûm khaû naêng laøm vieäc cuûa beâ toâng). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 9 CAÙC THOÂNG SOÁ LIEÂN QUAN - Giaù trò nhieät ñoä naâng tuyeät ñoái do nhieät thuûy hoaù ximaêng. - Trò soá bieán daïng, co ngoùt qua caùc kyø tuoåi cuûa beâ toâng. - Moâdule ñaøn hoài cuûa beâ toâng qua caùc kyø tuoåi. - Ñoä raõo cuûa beâ toâng qua caùc kyø tuoåi. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 10 GIA TAÊNG NHIEÄT ÑOÄ TUYEÄT ÑOÁI KHI THUÛY HOAÙ T(t) giaù trò gia nhieät ñoä gia taêng (0C) cuûa beâ toâng sau thôøi gian ñoå t(ngaøy). C(kg) : löôïng ximaêng cho 1m3 ñoå beâ toâng. Q(J/kg) : löôïng nhieät toaû ñoái vôùi 1 kg ximaêng–baûng sau. c (J/kg.C): tæ nhieät beâ toâng: 0.92  1. ρ=2400
2500 kg/m3 (troïng löôïng rieâng ñôn vò beâ toâng). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống )e1( c CQ)t(T mt−− ρ = 10/25/2010 11 DẠNG TỔNG QUÁT CỦA T(t) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống t(ngày) T(t) ρ = c CQTmax 0 10/25/2010 12 m : heä soá kinh nghieäm lieân quan vôùi ximaêng, nhieät ñoä luùc ñaàm ñoã beâ toâng: 0.2  0.4 t(ngaøy): soá ngaøy töø luùc ñoã ñeán luùc tính nhieät ñoä. NHIEÄT THUÛY HOAÙ CHO 1 kg XIMAÊNG COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 461 - 377 335 289 247 243 205 201 188 Ximaêng thöôøng Ximaêng xæ 525425325275225Loaïi (J/kg)Q 310/25/2010 13 CHÚ Ý t=0

nhiệt ñộ tăng nhanh trong khối ñổ t>>1

không còn gia tăng nhiệt trong khối ñổ COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống mtmt e c mCQ dt )t(dT)e1( c CQ)t(T −− ρ =⇒− ρ = Max dt )t(dT ⇒ 0 dt )t(dT ⇒ 10/25/2010 14 Ví duï: Moät khoái ñoå beâ toâng kích thöôùc lôùn, loaïi ximaêng xæ. Löôïng ximaêng duøng laø C=275kg/m3 beâ toâng. Laáy tæ nhieät beâ toâng c=0.96 vaø m=0.3. Tính gia taêng nhieät ñoä: a. Sau t=15 ngaøy. b. Sau t>>1 (  gia taêng Max). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 15 Giaûi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống C54.39)718.21( 2400*96.0 335*275)15(T 015*3.0 =−= − C98.39)718.21( 2400*96.0 335*275)(T 0=−=∞ ∞− 10/25/2010 16 TÍNH ÖÙNG SUAÁT SINH RA DO CO DAÕN BEÂ TOÂNG VÌ NHIEÄT (COÂNG THÖÙC ÑÔN GIAÛN) σ (N/mm2) öùng suaát. ν heä soá Poisson beâ toâng : 0.15  0.2 ∆T nhieät sai lôùn nhaát (sai bieät giöõa nhieät ñoä lôùn nhaát vaø nhieät ñoä bình quaân moâi tröôøng) S(t): heä soá raõo cuûa beâ toâng (xem baûng). R: heä soá raøng buoäc beân ngoaøi beâ toâng (xem baûng). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống R).t(S 1 T.).t(E ν− ∆α =σ 10/25/2010 17 E(t): Module ñaøn hoài beâ toâng qua caùc kyø tuoåi Ec(N/mm2): module ñaøn hoài cuoái cuøng beâ toâng, coù theå laáy gaàn ñuùng module ñaøn hoài 28 ngaøy. t: thôøi gian (ngaøy) (gaàn ñuùng coù theå tra baûng sau) )e1(E)t(E t09.0c −−= COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 18 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 3C302.8C252.55C20 Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä 2.2C151.75C101.45C7.5 Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä MOÂDULE ÑAØN HOÀI E QUA CAÙC KYØ TUOÅI: C7.560 ngaøy 410/25/2010 19 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 3.6C603.55C553.45C50 Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä 3.35C453.25C403.15C35 Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä Module ñaøn hoài 104(N/mm2) Caáp cöôøng ñoä 10/25/2010 20 0.25-0.501R Neàn laø ñaát thöôøng Neàn laø lôùp ñeäm ñoäng Neàn laø ñaù COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10.4730.3670.3010.252S(t) 3027242118t (ngaøy) 0.2130.2150.2140.2080.186S(t) 1512963t (ngaøy) HEÄ SOÁ RAÕO BEÂ TOÂNG 10/25/2010 21 TRÒ SOÁ BIEÁN DAÏNG BEÂ TOÂNG εy(t) Mi: heä soá tra baûng (xem sau)  trị sô  co ngót cuối cùng ở trạng thái tiêu chuẩn (3.24*10-4) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống n321 t01.00 yy M...M.M.M)e1()t( −−ε=ε 0 yε 10/25/2010 22 ÑÖÔNG LÖÔÏNG NHIEÄT SAI TÖÔNG ÖÙNG Ty(t) α=10-5 : heÄ soá nôÛ tuyeán tinh cuÛa beâ toâng COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống )C()t()t(T 0yy α ε −= 10/25/2010 23 BAÛNG TÍNH Mi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 0.9 0.93 1 1.13 1.35 1.68 2.05 150 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1.25 1.12 1.1 1 1 1 0.78 Ximaêng xæ Ximaêng cöùng nhanh Ximaêng nhieät thaáp Ximaêng xæ voâi Ximaêng thöôøng Ximaêmh tro nuùi löûa Ximaêng chòu axit M2Ñoä mòn ximaêngM1Loaïi ximaêng 10/25/2010 24 BAÛNG TÍNH Mi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 H2O/xi maêng 0.65 0.85 1 1.21 1.42 1.62 1.82 1.9 1 1 1 1 0.95 0.8 Caùt Caùt soûi Khoâng coát lieäu Ñaù hoa cöông Ñaù voâi Ñaù baïch vaân Thaïch anh Ximaêng xæ Ximaêng cöùng nhanh Ximaêng nhieät thaáp Ximaêng xæ voâi Ximaêng thöôøng Ximaêmh tro nuùi löûa Ximaêng chòu axit M4M3Coát lieäuLoaïi ximaêng 510/25/2010 25 BAÛNG TÍNH Mi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 0.9 1 1.2 1.45 1.75 2.1 2.55 15 20 25 30 35 40 45 Ximaêng xæ Ximaêng cöùng nhanh Ximaêng nhieät thaáp Ximaêng xæ voâi Ximaêng thöôøng Ximaêmh tro nuùi löûa Ximaêng chòu axit M5Löôïng vöõa ximaêngLoaïi ximaêng 10/25/2010 26 BAÛNG TÍNH Mi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 1.25 1.18 1.1 1 0.88 0.77 0.70.54 M7 25 30 40 50 60 70 80-90 1.111.00 1.090.98 1.070.96 1.040.94 1.000.90 0.960.89 0.930.84 1-2 3 4 5 7 10 14-180 W%M6(*)T(ngaøy) 10/25/2010 27 BAÛNG TÍNH Mi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống Ñaàm maùy Ñaàm thuû coâng Baûo döôõng hôi nöôùc Haáp cao aùp P/p thao taùc 1 1.1 0.85 0.54 M9 0.540.21 0.760.78 11 1.031.03 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.7 1-2 3 4 5 7 10 14-180 M8(*)rT(ngaøy) r(cm-1): nghòch ñaûo b/k thuûy löïc=L/A 10/25/2010 28 BAÛNG TÍNH Mi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 0.85 0.76 0.68 0.61 0.55 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 1-2 3 4 5 7 10 14-180 M10EaAa/ EbAb T(ngaøy) 10/25/2010 29 GHI CHUÙ (*) M6, M8: giaù trò tröôùc laø cöùng hoaù töï nhieân, giaù trò sau laø cöùng hoaù ôû traïng thaùi gia nhieät. t (ngaøy): thôøi gian baûo döôõng sô kyø sau khi ñoå beâ toâng. W% ñoä aåm töông ñoái cuûa moâi tröôøng. r(cm-1)=L/A  nghòch ñaûo cuûa baùn kính thuûy löïc L: chu vi tieát dieän caáu kieän. A: dieän tích caáu kieän. EaAa/EbAb: suaát phoái trí coát theùp (E mudule ñaøn hoài, A tieát dieän) Ù COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 30 Ví duï: Moät khoái ñoå beâ toâng kích thöôùc lôùn, loaïi ximaêng xæ. Löôïng ximaêng duøng laø 275kg/m3 beâ toâng, tæ leä nöôùc ximaêng laø 0.6. Ec=2.55.104N/mm2, Ty=90C, S(t)=0.3, R(t)=0.32, nhieät ñoä beâ toâng khi ñoå vaøo khuoân laø 140C, nhieät ñoä bình quaân moâi tröôøng khi ñoå beâ toâng laø 150C, döï baùo cho nhieät ñoä bình quaân thaùng thôøi kyø baûo döôõng thaáp nhaát laø 30C. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 610/25/2010 31 Laáy tæ nhieät beâ toâng c=0.96 vaø trong phöông trình taêng nhieät laáy m=0.3. a. Tính öùng suaát co ngoùt lôùn nhaát coù theå sinh ra. b. Öùng suaát co ngoùt nhieät trong thôøi kyø baûo döôõng loä thieân. Theo keát quaû tính tröôùc bieát raèng T(15)=39.540C vaø Tmax=39.980C COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 32 Giaûi: Tra baûng coù M1=1.25, M2, M3, M5, M8, M9 ñeàu baèng 1, M4=1.42, M6=0.93, M7=0.7 vaø M10=0.95. Trò soá bieán daïng co ngoùt cuûa beâtoâng: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 4 15.04 10.498.0 95.0*7.0*93.0*42.1*25.1 *)718.21(10.24.3)15( − −− = −=ε 10/25/2010 33 Ñöông löôïng nhieät sai co ngoùt beâtoâng sau 15 ngaøy: Module ñaøn hoài beâtoâng sau 15 ngaøy tuoåi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống C5 10 10.498.0)15(T 05 4 y ≅= − − 24 15*09.04 mm/N10.89.1 )718.21(10*55.2)15(E = −= − 10/25/2010 34 Nhieät sai toång hôïp lôùn nhaát cuûa beâtoâng: ÖÙng suaát co ngoùt do nhieät giaùng lôùn nhaát cuûa beâtoâng: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống C65.3415998.39 3 214T 0=+−−−=∆ 2 c 54 mm/N1.1f1978.0 32.0*3.0* 15.01 65.34.10.1.10.55.2 =<≅= − =σ − OK05.11.1978.0/1.1K ⇒>== 10/25/2010 35 ÖÙng suaát do co ngoùt nhieät giaùng trong thôøi kyø baûo döôõng loä thieân cuûa beâtoâng:  Keát luaän: Coù khaû naêng sinh ra veát nöùt (phaûi coù giaûi phaùp ñeå σ(15)<0.83/1.05=0.79). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống C36.423598.39 3 214T 0−=+−−−=∆ 2 54 mm/N83.01.1%7596.0 32.0*3.0* 15.01 36.42*10*1*10*55.2)15( =>= − =σ − 10/25/2010 36 PHÖÔNG TRÌNH LYÙ THUYEÁT KHUEÁCH TAÙN & ÑOÁI LÖU CHAÁT 3D COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 710/25/2010 37 BAØI TOAÙN 1D Xét trong trường dòng chảy 1D: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ∆x Q (m3/s) X Mặt cắt ñại biểu trong ñoạn ∆x S Thê 3 tích vi phân khảo sát 1 2 10/25/2010 38 Goïi C(g/l) =f(t,x) laø noàng ñoä chaát. Khoái löôïng chaát trong khoái xeùt nhö sau : (S. ∆x.C) [0] vôùi S laø dieän tích trung bình. Bieán thieân chaát trong khoái sau thôøi gian dt: [0]  COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống [ ]1dt].C)x.S[( t ∆ ∂ ∂ 10/25/2010 39 CHÚ Ý COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống dx x )x(V)x(V ∂ ∂ + dx V(x) 10/25/2010 40 Khoái löôïng chaát ñi vaøo theå tích xeùt (giaù trò khueách taùn tính theo Flick): D heä soá khueách taùn. Khoái löôïng chaát ñi ra khoûi theå tích xeùt (giaû thieát D=hs theo X): COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống [ ]2)SC( x DQC ∂ ∂ − [ ]3x).SC( x D)SC( x Dx)QC( x QC 2 2 ∆ ∂ ∂ − ∂ ∂ −∆ ∂ ∂ + 10/25/2010 41 Ta coù: [1] =([2] – [3])∆t Vôùi S =const vaø U=Q/S: Ñaây laø phöông trình khuyeách taùn & ñoái löu 1D. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống xt)SC( x Dxt)QC( x xt).SC( t 2 2 ∆∆ ∂ ∂ +∆∆ ∂ ∂ −=∆∆ ∂ ∂ 2 2 x CD x CU t C ∂ ∂ = ∂ ∂ + ∂ ∂ Sô > hạng ñối lưu Sô > hạng Khuếch tán 10/25/2010 42 Từ ñoù coù theå toång quaùt hoaù cho baøi toaùn khuyeách taùn & ñoái löu trong khoâng gian 2D [C=f(t,x,y)] & 3D [C=f(t,x,y,z)] nhö sau: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 2 2 y2 2 x y CD x CD y CV x CU t C ∂ ∂ + ∂ ∂ = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ 2 2 z2 2 y2 2 x z CD y CD x CD z CW y CV x CU t C ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ 810/25/2010 43 PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN NHIỆT 1D COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 44 Xét sơ ñô F sau: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống qx(xA)
Flux nhiệt trên ñơn vị diện tích qx(xB) Cách nhiệt Diện tích A qx qx+(dqx/dx)dx dx 10/25/2010 45 Xét khối vi phân: Evào + Esản sinh = Egia tăng + Era Xét trong khoảng thời gian dt: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống dt.A)dx x qq(Udt.QAdxdt.A.q xxx ∂ ∂ ++∆=+ 10/25/2010 46 qx
flux nhiệt mặt vào (W/m2) Q
suất sinh nhiệt nội tại (W/m3), ví dụ nhiệt thủy hoá ximăng trong bê tông. U
nội năng (W) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 47 Flux nhiệt (qx) ñược xác ñịnh tưF ñịnh luật Fourrier vê F truyền nhiệt: Với hê J sô > dẫn (truyền) nhiệt: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống x Tkq xx ∂ ∂ −= ) Cm W(k 0x − Gradient nhiệt ñộ theo phương X 10/25/2010 48 SưJ gia tăng nội năng ∆U:
tỉ nhiệt vật liệu (bê tông) ρ(kg/m3)
khối lượng riêng ñơn vị vật liệu COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống )x,t(dT.dx.A..cU ρ=∆ ) Ckg J(c 0 − 910/25/2010 49 Thay tất cả vào phương trình trên: Gia3 thiết kx hằng sô>:
Phương trình truyền nhiệt 1D COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống dt.Adx) x Tk( x dT.Adxcdt.QAdx x ∂ ∂ − ∂ ∂ +ρ= t )x,t(T cQ x )x,t(Tk 2 2 x ∂ ∂ρ=+ ∂ ∂ ⇒ Ví dụ nguồn nhiệt thủy hoá xi măng 10/25/2010 50 CHÚ Ý COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống t )x,t(T cQ x )x,t(Tk 2 2 x ∂ ∂ρ=+ ∂ ∂ t )x,t(T c Q x )x,t(T 2 2 X ∂ ∂ = ρ + ∂ ∂λ ( ) ρ=λ c/ks/m x2X
hệ số khuếch tán nhiệt 10/25/2010 51 Tổng quát hóa cho phương trình truyền nhiệt 2D & 3D: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống t T cQ y Tk x Tk 2 2 y2 2 x ∂ ∂ρ=+ ∂ ∂ + ∂ ∂ t T cQ z Tk y Tk x Tk 2 2 z2 2 y2 2 x ∂ ∂ =+ ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ ρ 10/25/2010 52 Trong trường hợp ki KHÔNG hằng sô > (vật liệu không ñồng chất): COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống t T c Q z Tk zy Tk yx Tk x zyx ∂ ∂ = +      ∂ ∂ ∂ ∂ +      ∂ ∂ ∂ ∂ +      ∂ ∂ ∂ ∂ ρ 10/25/2010 53 GIẢI BÀI TOÁN KHUẾCH TÁN NHIỆT 3D BẰNG PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 54 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10 10/25/2010 55 SÔ ÑOÀ SAI PHAÂN KHOÂNG GIAN (Phöông X) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống Ti,j,k Ti+1,j,kTi-1,j,k ∆xi+1/2∆xi-1/2 10/25/2010 56 SÔ ÑOÀ SAI PHAÂN THÔØI GIAN (Theo Preissmann) θ=1  sô ñoà hoaøn toaøn aån, θ=0  sô ñoà hoaøn toaøn hieän (thoâng thöôøng 2/3<=θ<=1). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( )θ θ θ+ + + ++ + + +∂ − −  = + − = − + ∆ − ∆ ∂ ∆ ∆ ∆ t 1 t 1 t t t t t 1 t 1i 1 i i 1 i i 1 i i 1 i f f f f f 1 (1 ) f f f f x x x x t f t ff t f 1ti t i 1t i ∆ ∆ = ∆ − = ∂ ∂ ++ 10/25/2010 57 SÔ ÑOÀ SAI PHAÂN THÔØI GIAN (Theo Preissmann) Vôùi ψ,θ=1sô ñoà hoaøn toaøn aån, θ=0sô ñoà hoaøn toaøn hieän (thoâng thöôøng 2/3<=θ<=1). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) ( )ψ ψ+ ++ +−= + + +t 1 t 1 t ti 1 i i 1 i1f f f f f 2 2 ψ + ++ + = + + ∆ + ∆  t t t 1 t 1 i 1 i i 1 i0.5 f f ( f f ) t i 1t i 1t i fff −=∆ ++ 10/25/2010 58 SAI PHAÂN COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống t T t TT t T k,j,i n k,j,i 1n k,j,i ∆ ∆ = ∆ − = ∂ ∂ +         ∂ ∂ − ∂ ∂ ∆ − +         ∂ ∂ − ∂ ∂ ∆ =      ∂ ∂ ∂ ∂ −+ + − + + n 2/1i x n 2/1i x 1n 2/1i x 1n 2/1i xx x Tk x Tk x 1 x Tk x Tk xx Tk x θ θ 10/25/2010 59 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống         ∆ − − ∆ − ∆ = − + − + − + ++ + + 2/1i 1n k,j,1i 1n k,j,i 2/1x 2/1i 1n k,j,i 1n k,j,1i 2/1x i x TT k x TT k x θ         ∆ − − ∆ − ∆ − + − − − + + + 2/1i n k,j,1i n k,j,i 2/1x 2/1i n k,j,i n k,j,1i 2/1x i x TT k x TT k x 1 θ 10/25/2010 60 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống         ∆ ∆−∆ − ∆ ∆−∆ ∆ = − − − + + + 2/1i k,j,1ik,j,i 2/1x 2/1i k,j,ik,j,1i 2/1x i x TT k x TT k x θ         ∆ − − ∆ − ∆ + − − − + + + 2/1i n k,j,1i n k,j,i 2/1x 2/1i n k,j,i n k,j,1i 2/1x i x TT k x TT k x 1 11 10/25/2010 61 Xeùt maïng löôùi ñeàu ∆x-1/2= ∆xi+1/2 =∆xi : COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) [ ])TT2T(kxx Tk x T k,j,1ik,j,ik,j,1ix2 i x −+ ∆+∆−∆∆ =      ∂ ∂ ∂ ∂ θ ( ) [ ])TT2T(kx 1 n k,j,1i n k,j,i n k,j,1ix2 i −+ +−∆ + 10/25/2010 62 Töông töï cho phöông y : COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) [ ])TT2T(kyy Tk y T k,1j,ik,j,ik,1j,iy2 j y −+ ∆+∆−∆∆ =      ∂ ∂ ∂ ∂ θ ( ) [ ])TT2T(ky 1 n k,1j,i n k,j,i n k,1j,iy2 j −+ +−∆ + 10/25/2010 63 Töông töï cho phöông z : COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) [ ])TT2T(kzz Tk z T 1k,j,ik,j,i1k,j,iz2 k z −+ ∆+∆−∆∆ =      ∂ ∂ ∂ ∂ θ ( ) [ ])TT2T(kz 1 n 1k,j,i n k,j,i n 1k,j,iz2 k −+ +−∆ + 10/25/2010 64 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) ( ) ( ) n k,j,iTk,j,iT n k,j,iT 1n k,j,iTT TT T)1(TT ααψ αψαψα +∆= −+= + ψ Tham soá Preissmann 10/25/2010 65 DAÏNG SAI PHAÂN P/T TRUYEÀN NHIEÄT 3D ( ) [ ])TT2T(kxt T k,j,1ik,j,ik,j,1ix2 i k,j,i −+ ∆+∆−∆∆ = ∆ ∆ θ COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) [ ])TT2T(kx 1 n k,j,1i n k,j,i n k,j,1ix2 i −+ +−∆ + ( ) [ ])TT2T(ky k,1j,ik,j,ik,1j,iy2j −+ ∆+∆−∆∆+ θ 10/25/2010 66 PHÖÔNG TRÌNH SAI PHAÂN P/T TRUYEÀN NHIEÄT 3D COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) [ ])TT2T(kz 1k,j,ik,j,i1k,j,iz2k −+ ∆+∆−∆∆+ θ ( ) [ ])TT2T(kz 1 n 1k,j,i n k,j,i n 1k,j,iz2 k −+ +−∆ + ( ) [ ])TT2T(ky 1 n k,1j,i n k,j,i n k,1j,iy2 j −+ +−∆ + ( ) n k,j,iTk,j,iT TT ααψ +∆+ 12 10/25/2010 67 ÑAËT: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) ( ) ( )2 z z2 y y2 x x z tk a; y tk a; x tk a ∆ ∆θ = ∆ ∆θ = ∆ ∆θ = ( ) ( )2 y y2 x x y tk)1( b; x tk)1(b ∆ ∆θ− = ∆ ∆θ− = ( )2 z z z tk)1(b ∆ ∆θ− = 10/25/2010 68 Phöông trình sai phaân coù daïng: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 1k,j,izk,1j,iyk,j,1ix TaTaTa +++ ∆−∆−∆− k,j,izyxT T]a2a2a2t1[ ∆+++∆ψα−+ =∆−∆−∆− −−− 1k,j,izk,1j,iyk,j,1ix TaTaTa (xem tieáp sau) 10/25/2010 69 Phöông trình sai phaân coù daïng: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống n 1k,j,iz n k,1j,iy n k,j,1ix TbTbTb +++ ++ n k,j,izyxT T]b2b2b2t[ −−−∆α+ n 1k,j,iz n k,1j,iy n k,j,1ix TbTbTb −−− +++ 10/25/2010 70 SƠ ðỒ KHÔNG GIAN COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống X y Z (i,j,k) (i+1,j,k) (i-1,j,k) (i,j+1,k) (i,j-1,k) (i,j,k+1) (i,j,k-1) 10/25/2010 71 SƠ ðỒ KHÔNG GIAN COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống X yZ (i,j,k) (1,1,Nz) (1,Ny,1) (1,1,1) (Nx,Ny,Nz) (Nx,1,1) (Nx,Ny,1) (1,Ny,Nz) (Nx,1,Nz) 10/25/2010 72 ÑIEÀU KIEÄN BIEÂN Coù 2 loaïi ñieàu kieän bieân: - Bieân loaïi Neuman - Bieân loaïi Dirichlet Bieân Dirichlet laø daïng bieân ñaëc taû giaù trò bieán theo thôøi gian ôû vò trí bieân (caùc maët ngoaøi cuûa khoái ñoå). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 13 10/25/2010 73 ÑIEÀU KIEÄN BIEÂN DIRICHELET I=0 & I=N maët ngoaøi taïi x=0 & x=L (coù vectô chæ phöông laø i). Töông töï cho caùc phöông khaùc. T0  giaù trò nhieät ñoä ñaõ bieát. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 0k,j,i TT = 10/25/2010 74 Bieân daïng Neuman: Theo phöông X: Theo phöông Y: Theo phöông Z: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống x_Flux x Tk x =∂ ∂ y_Flux y Tk y =∂ ∂ z_Flux z Tk z =∂ ∂ ðã biết 10/25/2010 75 Ví dụ dạng biên Neuman: Theo phöông X: a, m các tham số ñã biết, xác ñịnh trên cơ sở so sánh kết quả với giá trị quan sát thực. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống m mtmtx )TT(a)T,T(f x Tk −== ∂ ∂ Nhiệt ñộ môi trường Nhiệt ñộ bề mặt k./ñỗ 10/25/2010 76 Bieân Neuman daïng sai phaân: Theo phöông X: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống x_Flux x TT k)1( x TT k n k,j,i n k,j,1i x 1n k,j,i 1n k,j,1i x = ∆ − θ−+ ∆ − θ + ++ + x_Flux x TT k T x kT x k n k,j,i n k,j,1i x k,j,i x k,j,1i x + ∆ − −= ∆ ∆ θ −∆ ∆ θ ⇒ + + 10/25/2010 77 Töông töï theo phöông Y: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống y_Flux y TT k)1( y TT k n k,j,i n k,1j,i y 1n k,j,i 1n k,1j,i y = ∆ − θ−+ ∆ − θ + ++ + y_Flux y TT k T y k T y k n k,j,i n k,1j,i y k,j,i y k,1j,i y + ∆ − −= ∆ ∆ θ −∆ ∆ θ ⇒ + + 10/25/2010 78 Töông töï theo phöông Z: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống z_Flux z TT k)1( z TT k n k,j,i n 1k,j,i z 1n k,j,i 1n 1k,j,i z = ∆ − θ−+ ∆ − θ + ++ + z_Flux z TT k T z kT z k n k,j,i n 1k,j,i z k,j,i z 1k,j,i z + ∆ − −= ∆ ∆ θ −∆ ∆ θ ⇒ + + 14 10/25/2010 79 GIÔÙI THIEÄU CHÖÔNG TRÌNH ../KT_Nhiet/ Khuech tan nhiet_10.for COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 80 Ví duï: Caùc thoâng soá moâ phoûng: - Thôøi gian moâ phoûng 10 ngaøy. - Böôùc thôøi gian : dt=1800s. - Nx*Ny*Nz=13*13*9 - ∆x = ∆y = 0.9m; ∆z = 0.45m Heä soá Preissmann - data Preiss_T,Phi_T / 0.66, 0.5 / COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 81 Bieân coù daïng Neuman - data flux_Tx_1,flux_Tx_2 / 3.4e-5 , 3.4e-5 / ! phuong X (mat dung) - data flux_Ty_1,flux_Ty_2 / 3.4e-5 , 3.4e-5 / ! phuong Y (mat dung) - data flux_Tz_1,flux_Tz_2 / 1.0e-5 , 5.4e-5 / ! phuong Z (mat ngang) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 82 Heä soá khueách taùn nhieät • data diffusion_X_Max,diffusion_X_Min / 2.5e-4 , 9.0e-5 / • data diffusion_Y_Max,diffusion_Y_Min / 2.5e-4 , 9.0e-5 / • data diffusion_Z_Max,diffusion_Z_Min / 2.5e-4 , 9.0e-5 / COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 83 - Nhieätñoä moâi tröôøng: data T_Moi_Truong / 27. / - Giaù trò Flux phuï thuoäc vaøo cheânh leäch giöõa nhieät ñoä khoái ñoå vaø nhieät ñoä moâi tröôøng: Vì duï: ...+flux_Tx_1*(T/ T_Moi_Truong)**axx [axx=3.0 (axx=0  Flux=const.)] COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 84 Cac tham so toa nhiet cua be tong - data Cx / 300. / ! luong ciment cho 1m3 be tong - data Qx / 355. / ! Löôïng nhieät hoaù ñoái vôùi 1kg ciment (J/kg) - data Cxx / 0.92 / ! Tæ nhieät (J/kg.C) - data x_m / 0.75 / ! Tham soá trong haøm gia taêng nhieät ñoä. !(giaù trò LÔÙN  ñaït nhieät ñoä ñænh NHANH) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 15 10/25/2010 85 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 MOÄT SOÁ KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG (cheânh leäch nhieät ñoä vôùi moâi tröôøng sau 5 ngaøy moâ phoûng: X-Z) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 860 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 MOÄT SOÁ KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG (cheânh leäch nhieät ñoä vôùi moâi tröôøng sau 10 ngaøy moâ phoûng: X-Z) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 87 (cheânh leäch nhieät ñoä vôùi moâi tröôøng sau 10 ngaøy moâ phoûng:X-Y) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10/25/2010 880 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 (cheânh leäch nhieät ñoä vôùi moâi tröôøng sau 5 ngaøy moâ phoûng: Y-Z) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 89 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 MOÄT SOÁ KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG (cheânh leäch nhieät ñoä vôùi moâi tröôøng sau 10 ngaøy moâ phoûng:Y-Z) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 90 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống 25 30 35 40 45 50 55 60 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 T (h) Te m pe ra tu re THAY ÑOÅI NHIEÄT ÑOÄ TAÏI ÑOÄ SAÂU 0.45M Giaù trò quan traéc–TÑ Ñaïi Ninh 16 10/25/2010 91 HEÁT COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 4: Ñaäp beâ toâng troïng löïc PGS. Dr. Nguyễn Thống