冷却水循环的大体积混凝土温控系统的制作方法

本发明属于混凝土施工技术领域，具体涉及冷却水循环的大体积混凝土温控系统。

背景技术：

混凝土是目前我国应用最为广泛的建筑工程材料之一。随着我国国民经济的高速发展，国内的基础设施建设也取得了突飞猛进的进步，大体积混凝土越来越广泛各种型式的混凝土大坝、港口建筑物、高层建筑的地下室混凝土地板和很多大型的基础承台等都采用大体积混凝土现场浇注而成与此同时，大体积混凝土结构由温度而引起的裂缝问题也逐渐受到工程界人士的日益重视。

大体积混凝土的温度控制关系到结构能否满足正常使用要求，虽然结构的设计是建立在极限强度承载力基础上的，但大多数工程的标准是由裂缝来进行控制的。据估计，钢筋混凝土结构中的裂缝是由外荷载引起的只占到裂缝总数的左右，而由变形为主引起的裂缝大约占到裂缝总数的80％左右。而在变形引起的裂缝中，温度及混凝土收缩导致裂缝的又占到了大多数。因此，通过温度控制来减少所导致的裂缝问题已成为大体积混凝土的重要研究领域。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，提供一种可以实时分析冷却管高度、管间距、冷却水温度对施工期混凝土温度场和温度应力的影响，可优化管冷系统参数，以降低温度应力，改善大体积混凝土早期的温度裂缝的冷却水循环的大体积混凝土温控系统。

本发明提供如下技术方案：冷却水循环的大体积混凝土温控系统，其特征在于，包括智能动态温度流量测控模块、工程平台管理端中央计算机、led显示模块、无线通讯模块、云服务模块、冷却水循环控制模块、多个温度检测终端模块；

与冷却水循环控制模块通信连接的冷却水循环装置，所述冷却水循环装置设置有三条管道连通的水循环通路，每个管道的进水口和出水口各设置一个温度检测终端模块；

所述大体积混凝土中设置一个温度检测终端模块；

多个温度检测终端模块，用于采集和测量冷却水循环装置中各个管道进水口和出水口的实时水温和大体积混凝土实时温度；

所述无线通讯模块用于将多个温度检测终端模块实时监测得到的大体积混凝土温度和每个管道的进水口和出水口的温度传递至智能动态温度流量测控模块；

led显示模块用于实时显示大体积混凝土温度及冷却水循环控制模块中的水温；

所述智能动态温度流量测控模块根据无线通讯模块传递来的数据计算冷却水循环装置水管中的水通过大体积混凝土时的水温变化δt；

所述工程平台管理端中央计算机用于接收温度检测终端模块测量得到的冷却水循环装置中各个管道进水口和出水口的实时水温和大体积混凝土实时温度，以及接收智能动态温度流量测控模块所计算得到的实时水温变化δt，实时向冷却水循环控制模块发出指令，控制冷却水循环装置的水流，以对大体积混凝土有效降温，并进行工程管理和后期管理；

所述云服务模块用于接收温度检测终端模块冷却水循环装置中各个管道进水口和出水口的实时水温和大体积混凝土实时温度，以及用于接收智能动态温度流量测控模块所计算得到的实时水温变化δt，进行云存储。

进一步地，所述冷却水循环装置包括水箱、与水箱相连通的水泵、第一分流器、第二分流器，所述水箱上侧分别与第一分流器和第二分流器的上部相连通，所述水泵的下侧分别与第一分流器和第二分流器的下部相连通；所述第一分流器与所述水泵连通管道上设置有第一电磁阀，所述第一分流器与所述水箱连通一侧设置有第二电磁阀；所述第二分流器与所述水箱连通管道上设置有第三电磁阀，所述第二分流器与所述水泵连通管道上设置有第四电磁阀；

所述第一分流器与所述第二分流器分别通过第一管道、第二管道和第三管道与待冷却大体积混凝土结构相连，形成为大体积混凝土结构降温的三条冷却水循环通路；

进一步地，所述温度检测终端模块为ln-tc型数字温度传感器。

进一步地，所述智能动态温度流量测控模块计算冷却水循环装置水管中的水通过大体积混凝土时的水温变化δt的方法，包括以下步骤：

s1：构建在时间间隔dm内，所述大体积混凝土通过热流量为q小截面冷却水管道的传热，即从入水口到出水口，沿着管道长度l，通过管道内表面从大体积混凝土传递到水的热量dq1的计算模型：

其中，所述qc→w为从混凝土传递到冷却水循环装置中水的热量；所述r0为冷却水循环装置中管道的半径；为混凝土-冷却水循环装置的水管边界处的比热流；所述tc为龄期t天的混凝土温度，单位为℃；所述n为管道内表面的法线长度；

s2：计算通过冷却水循环装置每个管道的入水口的热能dqinlet和出水口的热能dqoutlet：

dqinlet＝ρwswqtinletdm；

dqoutlet＝ρwswqtoutletdm；

其中，所述ρw为冷却水循环装置的水的质量密度，单位为kg/m³；所述sw为冷却水循环装置的水的比热，单位为kj/(kg·℃)；所述tinlet为温度检测终端模块监测到的所述进水口的温度，所述toutlet为温度检测终端模块监测到的所述出水口的温度；

s3：利用热平衡条件，假设水是不可压缩的，水的内能没有变化，构建大体积混凝土与冷却水循环系统的管道热交换后，水的内能dq1计算模型：

dq1＝dqoutlet-dqinlet；

s4：将所述步骤s2得到的所述dqoutlet和所述dqinlet代入所述步骤s3中，计算冷却水循环系统的管道通过大体积混凝土进行热交换后进水口的温度tinlet和出水口温度toutlet的水温变化δt：

进一步地，构建大体积混凝土冷却水循环的温度场模型，计算所述步骤s4计算所需要的所述龄期t天的混凝土温度tc：

其中，所述kc为混凝土导热系数，单位为w/(m·℃)；所述qh为水合热，单位为w/m；所述sc为混凝土比热，单位为kj/(kg·℃)；所述ρc为混凝土质量密度，单位为kg/m³；t为混凝土的龄期，单位为天。

进一步地，构建冷却水循环装置的管道和混凝土之间的热交换模型计算所述步骤s4计算所需要的所冷却水循环装置的水的质量密度ρw与比热sw的乘积：

其中，所述tw为龄期t天的冷却水循环装置的水温，单位为℃；所述kw为冷却水循环装置的水的导热系数，单位为w/(m·℃)；所述sw为冷却水循环装置的水的比热，单位为kj/(kg·℃)；所述ρw为冷却水循环装置的水的质量密度，单位为kg/m³；所述为热交换系数。

进一步地，所述在时间间隔dm内，所述大体积混凝土通过的热流量q的计算公式如下：

q＝hc(tc-tair)；

其中，所述hc为混凝土表面与环境空气的对流系数，单位为w/(m²·℃)；所述tair为空气温度，单位为℃。

进一步地，所述工程平台管理端中央计算机实时控制冷却水循环装置的水流，以对大体积混凝土有效降温的方法，包括以下步骤：

m1：根据监测到的水温变化δt，若水温变化δt≥30％～40％tinlet，则改变冷却水流向；

m2：向电磁阀控制器发出指令，开启第一电磁阀和第三电磁阀，并关闭第二电磁阀和第四电磁阀，实现三条冷却水循环通路内的水顺时针流动以降低大体积混凝土的内部温度；

m3：每隔30min～60min向电磁阀控制器发出指令，开启第二电磁阀和第四电磁阀，并关闭第一电磁阀和第三电磁阀，实现三条冷却水循环通路内的水逆时针流动；

m4：对云服务器中混凝土各温度监测点的温度数据进行实时分析判断，对于超过温控指标的温度监测点所在位置的冷却水管发出电磁阀关闭指令。

进一步地，所述大体积混凝土的尺寸为10～20m×10～20m×20m～30m。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的冷却水循环的大体积混凝土温控系统可以定期改变冷却循环水流动方向，进而实现混凝土内部温度下降较为均衡；冷却循环水的接收工程平台管理端中央计算机的指令，在实际工程中可根据监测到的混凝土内部温度下降情况改变冷却水流向的时间间隔也可以固定改变水流向的间隔时间，改变水流方向。时间间隔根据冷却水管的布置形式、冷却水流速及每组冷却循环水管长度等因素综合确定。本发明提供的冷却水循环装置中，冷却水自动控制程序模块按照设定时间定期向电磁阀控制器发出指令，当主水管电磁阀第一电磁阀5-1、第三电磁阀5-3开启，同时第二电磁阀5-2、第四电磁阀5-4闭合，实现顺时针冷却水流动方向，当接收工程平台管理端中央计算机的改变冷却水流向的指令时，控制电磁阀第二电磁阀5-2、第四电磁阀5-4开启，第一电磁阀5-1、第三电磁阀5-3闭合，进而实现与相反的冷却水流动方向。

2、本发明提供的冷却水循环的大体积混凝土温控系统在大体积混凝土施工过程中，通过构建随管道冷却系统参数变化的温度场，可以实时分析冷却管高度、管间距、冷却水温度对施工期混凝土温度场和温度应力的影响，可应用于大体积混凝土结构设计中，优化管冷系统参数，以降低温度应力，改善大体积混凝土早期的温度裂缝。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的连续反应电絮凝电镀污水处理装置整体示意图；

图2为本发明提供的冷却水循环装置结构示意图。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提供的冷却水循环的大体积混凝土温控系统，包括智能动态温度流量测控模块、工程平台管理端中央计算机、led显示模块、无线通讯模块、云服务模块、冷却水循环控制模块、多个温度检测终端模块；

与冷却水循环控制模块通信连接的冷却水循环装置，冷却水循环装置设置有三条管道连通的水循环通路，每个管道的进水口和出水口各设置一个温度检测终端模块；

大体积混凝土中设置一个温度检测终端模块；

多个温度检测终端模块，用于采集和测量冷却水循环装置中各个管道进水口和出水口的实时水温和大体积混凝土实时温度；

无线通讯模块用于将多个温度检测终端模块实时监测得到的大体积混凝土温度和每个管道的进水口和出水口的温度传递至智能动态温度流量测控模块；

led显示模块用于实时显示大体积混凝土温度及冷却水循环控制模块中的水温；

智能动态温度流量测控模块根据无线通讯模块传递来的数据计算冷却水循环装置水管中的水通过大体积混凝土时的水温变化δt；

工程平台管理端中央计算机用于接收温度检测终端模块测量得到的冷却水循环装置中各个管道进水口和出水口的实时水温和大体积混凝土实时温度，以及接收智能动态温度流量测控模块所计算得到的实时水温变化δt，实时向冷却水循环控制模块发出指令，控制冷却水循环装置的水流，以对大体积混凝土有效降温，并进行工程管理和后期管理；

云服务模块用于接收温度检测终端模块冷却水循环装置中各个管道进水口和出水口的实时水温和大体积混凝土实时温度，以及用于接收智能动态温度流量测控模块所计算得到的实时水温变化δt，进行云存储。

如图2所示，冷却水循环装置包括水箱1、与水箱1相连通的水泵2、第一分流器3、第二分流器4，水箱1上侧分别与第一分流器3和第二分流器4的上部相连通，水泵2的下侧分别与第一分流器3和第二分流器4的下部相连通；第一分流器3与水泵2连通管道上设置有第一电磁阀5-1，第一分流器3与水箱1连通一侧设置有第二电磁阀5-2；第二分流器4与水箱1连通管道上设置有第三电磁阀5-3，第二分流器与水泵2连通管道上设置有第四电磁阀5-4；

第一分流器3与第二分流器4分别通过第一管道6-1、第二管道6-2和第三管道6-3与待冷却大体积混凝土结构相连，形成为大体积混凝土结构降温的三条冷却水循环通路；

为了使混凝土内部温度下降较为均衡，须定期改变冷却循环水流动方向，冷却循环水的接收工程平台管理端中央计算机的指令，在实际工程中可根据监测到的混凝土内部温度下降情况改变冷却水流向的时间间隔也可以固定改变水流向的间隔时间，改变水流方向。时间间隔根据冷却水管的布置形式、冷却水流速及每组冷却循环水管长度等因素综合确定。本发明提供的冷却水循环装置中，冷却水自动控制程序模块按照设定时间定期向电磁阀控制器发出指令，当主水管电磁阀第一电磁阀5-1、第三电磁阀5-3开启，同时第二电磁阀5-2、第四电磁阀5-4闭合，实现如图2所示顺时针的冷却水流动方向，当接收工程平台管理端中央计算机的改变冷却水流向的指令时，控制电磁阀第二电磁阀5-2、第四电磁阀5-4开启，第一电磁阀5-1、第三电磁阀5-3闭合，进而实现与图2所示相反的冷却水流动方向。

温度检测终端模块为ln-tc型数字温度传感器。

智能动态温度流量测控模块计算冷却水循环装置水管中的水通过大体积混凝土时的水温变化δt的方法，包括以下步骤：

s1：构建在时间间隔dm内，大体积混凝土通过热流量为q小截面冷却水管道的传热，即从入水口到出水口，沿着管道长度l，通过管道内表面从大体积混凝土传递到水的热量dq1的计算模型：

其中，qc→w为从混凝土传递到冷却水循环装置中水的热量；r0为冷却水循环装置中管道的半径；为混凝土-冷却水循环装置的水管边界处的比热流；tc为龄期t天的混凝土温度，单位为℃；n为管道内表面的法线长度；

s2：计算通过冷却水循环装置每个管道的入水口的热能dqinlet和出水口的热能dqoutlet：

dqinlet＝ρwswqtinletdm；

dqoutlet＝ρwswqtoutletdm；

其中，ρw为冷却水循环装置的水的质量密度，单位为kg/m³；sw为冷却水循环装置的水的比热，单位为kj/(kg·℃)；tinlet为温度检测终端模块监测到的进水口的温度，toutlet为温度检测终端模块监测到的出水口的温度；

s3：利用热平衡条件，假设水是不可压缩的，水的内能没有变化，构建大体积混凝土与冷却水循环系统的管道热交换后，水的内能dq1计算模型：

dq1＝dqoutlet-dqinlet；

s4：将步骤s2得到的dqoutlet和dqinlet代入步骤s3中，计算冷却水循环系统的管道通过大体积混凝土进行热交换后进水口的温度tinlet和出水口温度toutlet的水温变化δt：

构建大体积混凝土冷却水循环的温度场模型，计算步骤s4计算所需要的龄期t天的混凝土温度tc：

其中，kc为混凝土导热系数，单位为w/(m·℃)；qh为水合热，单位为w/m；sc为混凝土比热，单位为kj/(kg·℃)；ρc为混凝土质量密度，单位为kg/m³；t为混凝土的龄期，单位为天。

构建冷却水循环装置的管道和混凝土之间的热交换模型计算步骤s4计算所需要的所冷却水循环装置的水的质量密度ρw与比热sw的乘积：

其中，tw为龄期t天的冷却水循环装置的水温，单位为℃；kw为冷却水循环装置的水的导热系数，单位为w/(m·℃)；sw为冷却水循环装置的水的比热，单位为kj/(kg·℃)；ρw为冷却水循环装置的水的质量密度，单位为kg/m³；为热交换系数。

在时间间隔dm内，大体积混凝土通过的热流量q的计算公式如下：

q＝hc(tc-tair)；

其中，hc为混凝土表面与环境空气的对流系数，单位为w/(m²·℃)；tair为空气温度，单位为℃。

工程平台管理端中央计算机实时控制冷却水循环装置的水流，以对大体积混凝土有效降温的方法，包括以下步骤：

m1：根据监测到的水温变化δt，若水温变化δt≥30％～40％tinlet，则改变冷却水流向；

m2：向电磁阀控制器发出指令，开启第一电磁阀和第三电磁阀，并关闭第二电磁阀和第四电磁阀，实现三条冷却水循环通路内的水顺时针流动以降低大体积混凝土的内部温度；

m3：每隔30min～60min向电磁阀控制器发出指令，开启第二电磁阀和第四电磁阀，并关闭第一电磁阀和第三电磁阀，实现三条冷却水循环通路内的水逆时针流动；

m4：对云服务器中混凝土各温度监测点的温度数据进行实时分析判断，对于超过温控指标的温度监测点所在位置的冷却水管发出电磁阀关闭指令。

大体积混凝土的尺寸为10～20m×10～20m×20m～30m，可以根据实际的施工需求进行选择。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。