混凝土对流换热系数的风洞实验研究

第３９卷第９期土木工程学报Ｖｏｌ．３９Ｓｅｐ．

Ｎｏ．９２００６

２００６年９月ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ

混凝土对流换热系数的风洞实验研究

张建荣

刘照球

（同济大学，上海２０００９２）

摘要：提出混凝土表面对流换热系数的实验方案，试件的形式为圆管，从内部加热，安装在ＴＪ－１风洞内，圆管的轴线与风向一致，风速调节范围为１ｍ／ｓ至２５ｍ／ｓ，利用专门开发的实验控制系统全自动监控加热过程并自动记录数据。３个试件的实验结果有很好的一致性。实验结果表明，混凝土表面对流换热系数与风速、混凝土表面热辐射系数与温差之间均有很好的线性相关性。由实验结果回归分析得到混凝土表面受迫对流换热系数、混凝土表面热辐射系数、混凝土表面总热交换系数的计算公式，为混凝土结构温度效应分析中热工参数取值提供了依据。关键词：对流换热；混凝土；风速；中图分类号：ＴＵ５０２

温度

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００６）０９－００３９－０５

Ａｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ

ｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

ＺｈａｎｇＪｉａｎｒｏｎｇ

ＬｉｕＺｈａｏｑｉｕ

（ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ

ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｐｅｃｉｍｅｎｉｓｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆａｃｉｒｃｕｌａｒｔｕｂｅ，ｈｅａｔｅｄｆｒｏｍｉｎｓｉｄｅ，ａｎｄｉｎｓｔａｌｌｅｄｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙｉｎａＴＪ－１ｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ．Ｔｈｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｖａｒｉｅｓｆｒｏｍ１ｍ／ｓｔｏ２５ｍ／ｓ，ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａｒｅｃｏｒｄｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｖｉａａｓｐｅｃｉａｌｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｃｏｎｃｒｅｔｅｔｕｂｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｇｒｅｅｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒｖｅｒｙｗｅｌｌ．Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｌｉｎｅａｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｗｉｎｄｓｐｅｅｄ，ｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｅｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｗｉｎｄｓｐｅｅｄ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＥ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｒ＠ｍａｉｌ．ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ

温度效应分析提供依据。

引言

对于直接暴露在大气中的清水混凝土结构，表面

混凝土表面对流换热系数的测试，我国尚没有相应的实验规程，也没有一个成熟可靠的实验方法，相关的研究报告也很少。姜全德［１］和张国庆［２］曾分别对总热交换系数的取值给出公式。朱伯芳［３］院士在研究大体积混凝土受太阳辐射影响的温度场问题后，提出了混凝土导热系数、表面换热系数、太阳辐射热的反演分析方法，指出了各个热工参数之间的关系。大多数美国建筑传热分析则直接采用美国供暖制冷和空气调节工程师学会［４］（ＡＳＨＲＡＥ）

基础手册中所给的数

据，然而，ＡＳＨＲＡＥ给出的是辐射和对流组合的表面换热系数，不便于确定实际的表面温度。Ｉｔｏ和

同时受到太阳辐射和对流换热的作用，将产生温度内力和变形。随着我国工程建设规模的扩大和标准的提高，温度作用对于大跨度混凝土箱梁结构损伤积累、大体积大面积混凝土坝体结构表面开裂、超高层建筑结构内力分布、高速磁浮轨道梁结构变形控制等的影响越来越引起工程技术人员的重视。因此，有必要对混凝土材料的基本热工性能进行研究，为混凝土结构

基金项目：国家自然科学基金（５０３７８０６７）作者简介：张建荣，博士，教授：Ｋｉｍｕｒａ［５］从某一建筑物实测得到了建筑表面换热系数［６

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