PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TRUYỀN NHIỆT TRONG CÁC CẤU KIỆN THÉP
2.4.2. Ví dụ kiểm chứng thí nghiệm: Thí nghiệm cột thép chèn gạch bản bụng (Bristish Steel Corporation và Swinden Laboratories thí nghiệm số 45 [39])
Mẫu thí nghiệm là cột thép cán nóng, tiết diện chữ I 203x203mm được bảo vệ bằng hình thức chèn gạch vào hai bên bản bụng cột, cao 3000mm. Cột được thí
56
nghiệm chịu tác động của lửa theo cả 4 mặt. Sơ đồ và vị trí các điểm đo nhiệt độ trên cột được thể hiện trên hình 2.14.
Hình 2.14. Sơ đồ và vị trí các điểm đo nhiệt độ trên cột thép ví dụ kiểm chứng
Để đơn giản hóa bài toán, chương trình được viết dựa trên một số giả thiết sau: + Việc xây dựng ma trận truyền nhiệt địa phương trong phần tử thép và phần tử gạch là tương tự nhau, chỉ khác ở việc đưa các giá trị hệ số l đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của từng loại vật liệu.
+ Tương tác nhiệt giữa bề mặt hai lớp vật liệu sát nhau là hoàn toàn, tức là nhiệt độ tại một điểm cùng thuộc hai bề mặt vật liệu khác nhau là bằng nhau.
+ Điều kiện biên là nhiệt độ tác động lên 4 mặt cột thay đổi theo thời gian khảo sát, bỏ qua ảnh hưởng của hiện tượng đối lưu tại các bề mặt tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa.
So với kết quả thu được từ thí nghiệm, mức độ phát triển nhiệt độ tại vị trí W1-4 của bản bụng cột theo thuật toán DT3D có đường biểu diễn khá tương đồng, tuy nhiên trong giai đoạn đầu, khi nhiệt độ không khí tăng nhanh, độ chênh lệch nhiệt độ là khá lớn; càng về sau khi nhiệt độ không khí tăng chậm đều thì độ chênh lệch giữa hai phương pháp cũng ổn định hơn. Cụ thể, tại thời điểm t=3 phút, nhiệt độ theo kết quả thí nghiệm Ttn=20oC; theo DT3D TDT3D=39oC, chênh lệch 95%; tại thời
57
điểm t=38 phút, nhiệt độ theo kết quả thí nghiệm Ttn=395oC; theo DT3D
TDT3D=481oC, chênh lệch 21,8%.
Hình 2.15. Kết quả so sánh nhiệt độ tại điểm W1-4 (bản bụng) theo thí nghiệm và theo DT3D
Có thể giải thích một số nguyên nhân dẫn đến kết quả này như sau:
+ Có sự sai lệch giữa đặc tính nhiệt của vật liệu tường chèn bản bụng giữa thí nghiệm và DT3D.
+ Chất lượng lưới chia trong phương pháp DT3D còn thô, nên độ chính xác trong kết quả chưa cao, tuy nhiên dạng biểu đồ mối quan hệ nhiệt độ - thời gian thu được từ hai phương pháp khá tương đồng nhau nên vẫn có thể đánh giá được độ tin cậy của thuật toán thực hiện theo sơ đồ khối hình 2.10.
NHẬN XÉT CHƯƠNG 2
Quá trình truyền nhiệt gồm ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Phương pháp PTHH là phương pháp phổ biến được dùng để mô tả sự truyền nhiệt từ ngoài vào bên trong kết cấu. Thuật toán DT3D ứng dụng phương pháp PTHH trong không gian ba chiều được trình bày để xác định sự phân bố nhiệt độ ở bên trong kết cấu biến thiên theo thời gian trong quá trình cháy. Độ tin cậy của thuật toán đã được kiểm chứng, so sánh với kết quả thu được từ thí nghiệm công bố trước đó.
58
DT3D cho phép xác định vị trí và giá trị nhiệt độ tới hạn trong kết cấu tại từng thời điểm tương ứng với các thời gian chịu lửa tiêu chuẩn, có thể sử dụng để đánh giá khả năng cách nhiệt (I) của giải pháp bọc. Kết quả của thuật toán này còn được áp dụng trong quy trình xác định khả năng chịu lực các cấu kiện dầm, cột thép được bọc bảo vệ làm việc trong điều kiện chịu lửa theo phương pháp đơn giản hóa (thể hiện ở chương 3).
59
CHƯƠNG 3