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稳态条件下外保温多斜度加腋锥式混凝土砌块以河北省某地级市的民生调研为个案
摘 要：按照国家标准规定设计参数建立了三维数值计算模型,针对砖体内多斜度腋锥式结构,生成内部六面体网格.采用和防护热箱法相同的实验条件,计算了稳态传热下空心砌体内的传热过程,得出空心砌体内部的温度分布和空气的流速分布.与实验结果对比,获得较高精度的计算结果,同时用有限元分析法分析了砌体在标准建筑层高时墙体载荷产生的应力分布.
关键词：腋锥式混凝土砌块；温度及流动分析
中图分类号：Tu755文献标识码：A
混凝土空心砖砌体具有重量轻、施工效率高、应用方便等多方面优点,现广泛应用于民用建筑的框架结构高层建筑中.K422A混凝土空心砌块系列是国家建筑标准设计图集中已经定型的产品,其中宽度为190 mm的空心砖在高层建筑和小高层建筑中广泛应用,此类型墙体的传热性能虽然也引起国内外学者的一定关注,但此这方面的研究多停留在传统的多热阻串并联计算模型上,即便有数值计算,完善的三维计算也很少见,同时对空气孔洞内的气体流速分析也很缺乏.针对这些研究的薄弱环节,本文对混凝土砌块一加腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块进行了数值计算,并进行了主辅砌块之间传热性能的对比分析.
1.1计算模型
施工时砌体中砖孔洞沿铅垂方向,平行于墙壁面.如图1、图2所示,笔者按（（国家建筑标准设计图集05SG616混凝土砌块系列块型》中混凝土砌块一加腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块的尺寸,结合建筑施工中实际构造,将建筑墙体中竖直分布的各层材料均考虑在内,构造了一个与实际完全一致的立体三维计算模型,建立的三维模型见图3和图4.
1.2计算用数学物理模型与方法
空心砖砌体中空气自然对流及传热过程是三维稳态对流换热过程,满足质量守恒、动量守恒与能量守恒方程如下.
2.2墙体温度分布
图5、图6给出了混凝土砌块一加腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块内部稳态三维等温面图.从图中可知,由于聚氨酯的保温作用,整体的温度变化主要在保温层上.肋壁内温度等值面间隔均匀,使得空洞内空气形成回流,故热侧流体等温面向冷侧弯曲,空洞底部冷侧壁面空气向热侧回流的趋势十分明显.在孔洞中心的导热方向取竖直切面（见图7、图8）,切面上的温度分布被清晰标定.
2.3空气孔内气体流速分布
前文提到的空气孔洞在导热方向两侧的温度差使得孔洞内部空气产生回流,在砌块空气中心导热方向竖直切面流速分布图(见图9、图10)中可以得到验证.从图中可以得到孔洞内部空气流速的最大值在0.0466～0.0482m/s,并且空气的流动主要在靠近壁面的区域内,孔洞中心区域空气流动很慢或几乎不流动.
3.1混凝土腋锥式肋块型-K422A的主砌块和辅助砌块由于是多斜的度,建立模型时必须考虑其结构特点,将砌体和空气相交区域分离成楔块面温度分布式旋转体,就能保证高质量的六面体网格.
3.2数值计算方法能有效地分析混凝土保温墙体内的温度分布情况,特别是清楚地揭示主砌块和辅助砌块孔洞中的温度与速度分布特征.腋锥式混凝土砌块由于孔洞较大,形成了明显的空气流动,强化了砖体内的对流换热.
3.3建筑墙体施加外保温层后,砖孔冷热两面辐射效应被削弱,不考虑孔壁面辐射效应,对计算结果无明显影响.
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