一、前 言
日照对混凝土温度场的影响是很大的。据笔者所知,目前在确定坝体稳定温度场边界条件时已考虑日照影响,在计算施工过程中的温度场时,尚未考虑日照影响。实际上,这种影响是很大的,本文给出它的计算方法。
到达地面的太阳辐射能与日照角度及天空云量有关。日照角度越小(如早晨及傍晚),则在大气中经过的路程越长,被吸收的能量也越多。云量越大,被吸收的能量也越多。投射到物体表面的能量还与入射角(入射线与表面法线的夹角)有关。辐射能到达物体表面以后,一部分被反射,一部分被吸收。吸收系数与表面粗糙度有关,混凝土表面的吸收系数约为0.65。
对于受日照的表面,在计算温度场时必须考虑太阳辐射热的影响。设在单位时间内在单位面积上,太阳辐射来的热量为S,其中被混凝土吸收的部分为R,剩余的被反射的部分为S-R(图1),则有
R=αsS
(1)
图1 混凝土表面
式中αs——吸收系数,或称黑度系数,对于混凝土表面,
考虑太阳辐射热以后,温度场的边界条件为[1]
(2)
或
(3)
式中 λ——混凝土的导热系数;
n——表面外法线;
β——混凝土表面放热系数;
Ta——空气温度;
R——混凝土表面吸收的太阳辐射热。
比较(2)(3)两式,可见太阳辐射热的影响相当于气温增高如下:
(4)
混凝土表面放热系数β与风速有关,可表示如下:
(5)
式中V—风速(m/s)。风速V与风力等级F的关系笔者建议表示如下:
(6)
例如对于二级风,以F=2代入上式,得到V=2.57m/s,由(5)式,β=61.1,kJ/(m2.h.℃)。
太阳辐射热是随着时间而变化的,变化规律如下:
(1)年平均辐射热:它是全年平均值,当混凝土表面接受的年平均辐射热为R时,其影响相当于年平均气温增高了R/β度。
(2)年变化辐射热:在一般地区变化周期为一年(在赤道地区变化周期为半年),若辐射热的年变幅为As,其影响相当于气温变幅增加了As/β度。
(3)日变化辐射热:它接近于一个半波正弦函数。
二、平均太阳辐射热
大体积混凝土浇筑仓面很大,通常在300m2以上,而层厚只有1.5~3.0m,所以日照影响主要反映在浇筑层水平顶面上。
表1给出了晴天太阳辐射热的各月平均值S0,阴天的太阳辐射热S由下式给出:
(7)
表1 晴天太阳辐射热S0的月平均值(kJ/m2.h)
月份
纬度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
平均
80
0
0
140.0
558.2
1007.3
1180.4
1063.6
607.8
209.3
22.5
0
0
401.5
75
5.6
37.4
225.1
651.3
1052.3
1215.3
1108.6
692.2
308.2
95.7
11.6
0
453.1
70
11.3
87.2
326.4
738.5
1091.7
1244.4
1142.4
771.0
407.1
168.8
11.6
0
504.7
65
45.0
155.8
427.7
819.9
1131.1
1273.5
1181.8
849.7
511.7
253.2
87.2
22.5
567.8
60
95.7
243.0
540.2
895.5
1170.5
1296.7
1215.
922.9
610.6
343.3
151.2
67.5
630.9
55
168.8
348.9
647.2
965.3
1209.9
1320.0
1243.7
999.6
715.2
433.3
238.4
129.4
705.4
50
264.5
467.3
759.7
1035.1
1243.7
1337.5
1266.2
1058.0
825.7
540.2
337.3
213.8
780.0
45
371.4
585.6
866.6
1104.9
1271.8
1354.9
1288.7
1131.1
930.4
652.8
447.8
320.8
860.3
40
489.6
716.5
956.7
1163.0
1288.7
1366.5
1305.6
1187.4
1023.4
754.1
564.1
433.3
940.6
35
607.7
847.3
1041.1
1221.2
1294.3
1366.5
1311.2
1226.8
1093.2
849.7
686.2
540.2
1009.4
30
714.6
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