建筑屋面渗漏红外热像检测的有限元模拟及分析.pdf

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1、第37卷第l2期建筑技术开发Vo1．37，No．122010年12月BuildingTechniqueDevelopmentDec．201O建筑屋面渗漏红外热像检测的有限元模拟及分析黄沛(广州市设计院，广州510620)[摘要]根据有限元理论，对建筑屋面渗漏引起的热传导特性进行了模拟，探讨了影响红外热像技术检测建筑屋面渗漏灵敏度的几个重要参数。[关键词]屋面渗漏；红外热像；有限元；热传导[中图分类号]TU502．2[文献标志码]A[文章编号]1001—523X(2010)12-0044~4据资料显示

2、，近年来国内房产系统对北京、上海、天津等要根据具体情况灵活处理。在模型中形状复杂或温度变化13个城市的四万九'千幢房屋的平屋顶进行渗漏情况调查，共剧烈的区域把单元划分得密一些；而在其余地方则可把单元计屋面面积252万多平方米，调查结果渗漏率达70％。适当划分疏一些。这样就无须增加单元和节点数，即可提高屋面由面层和承重层两部分组成，除了应能足以承受屋计算精度。面荷载，具有良好的隔热，保温和隔声效果以外，还必须具有2模拟对象模型及网格划分足够的抗渗防漏能力。屋面渗漏会直接损及房屋的正常使2．1数学模型用

3、，污损室内装饰，影响美观舒适；如果长期渗漏还会腐蚀房用有限元仿真模拟的方法研究红外无损检测的过程，是屋的结构构件，危及房屋的使用安全，从而缩短房屋的使用在排除实际检测中的各种噪声及其它外界条件影响，研究各寿命。因此，及时发现屋面渗漏，测定屋面水分藏匿位置具种热工参数对检测灵敏度的影响，为实际红外无损检测提供有普遍意义。渗漏的凋查，尤其渗漏点的确定不是一件容易理论依据和技术参考，而且还为进一步定量分析缺陷特征提的事情。供了一个手段。红外热成像技术由于具有独特优势“：例如可以进行模型如图1所示，屋面长宽

4、为1m，第一层为水泥沙浆保非接触的远距离检测；适于大面积普查；检测自由度大、快护层，厚50mm；第二层为玻璃纤维保温层，厚50mm；第三层速、准确、直观、可靠、能实时显示、且操作安全、对人员和环为钢筋混凝土结构层，厚100mm。其中第二层中部圆柱为境无危害等一系列优点。屋面渗漏使保温层藏匿水分部位，圆柱半径为r。本文通过对屋面传热模型进行分析，并实验模拟无保温层的单层屋面渗漏，利用红外热像仪对渗漏进行了实验研究。实验结果表面，红外热像仪能准确地测出屋面的渗漏位置。同时在这一实验指导下对某实际屋面进行

5、了红外热像检测。1ANSYS热分析简介ANSYS进行热分析计算的基本原理是把所处理的对象首先划分成有限个单元(每个单元包含若干个节点)，然后根据能量守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此计算出各节点温度值，继而进一步求解出其他相关量。一般来说，单元划分得越小，单位区间或空间内所容纳的单元数量越多，计算精度就会越高。但单元数量的增加会带来运算速度的下降，因此在实际建模和网格划分过程中需图1红外外无损检测模型收稿日期：2010—09—15作者简介：黄沛(1979一)，男，广东茂

6、名人，汕头大学结构工程硕士模拟过程为先加热3h后立刻停止注入热流，再接着在研究生，围家一级注册结构工程师，现从事结构设计工作。空气中对流换热冷却3h。并且每层之间具有良好的热接44触第37卷黄冲，等：建筑屋面渗漏红外热像检测的有限元模拟及分析第12期模型采用SOLID70单元对模型进行网格划分，如图3一图6各层aT所示。a=1，2，3升温过程在正表面处边界条件为：式赵+-k,1=在背面处边界条件为：一OI：h3(．．)z。‘降温过程在正表面处边界条件为：一l：h。(71一dZ在背面处边界条件为：一一

7、，孚I：h3(T3一T．ir)J其它边界绝热。初始条件为：图3总网格划分I，_n。式中：￡为时间函数，P为各层密度，C为各层比热，k为各层导热系数，为各层温度函数，71为空气温度函数，h为第一层外表面的对流换热系数，h为第三层外表面的对流换热系数，q为给定热流。表1材料热物理性质图4网格划分图侧面2．2网格划分本文有限元分析使用有限元软件ANSYS中的SOLIDT0单元，这种单元是一种三维单元，具有8个节点，自由度为温度。见图2。图2SOLID70单元图5层1与层2界面处的网格划分45第12期黄沛，

8、等：建筑屋面渗漏红外热像检测的有限元模拟及分析第37卷图6层2与层3界面处的网格划分’．-P·r1、，b‘l_6，=!!，一⋯⋯一⋯一．，：⋯⋯2．，．．⋯图8屋面正表面的温度分布云图左侧为加热3h后屋面表面的温度分布云图，右侧为接■却3h后屋面表匝的温度分布云图，图中由上到下，屋面处保温层湿度分别为20％、40％、60％。60％三种工况进行有限元模拟分析。计算结果如图7、图8。3．2渗漏范围大小的影响固定湿保温材料含水率，渗漏半径分别为r=0．1、0．15、O0．2