墙体材料热湿膨胀机理与实验方法研究结题摘要

墙体开裂严重影响建筑耐久性和居住质量。目前裂缝防治多集中在对墙体材料的干燥收缩控制上，墙体干湿交替诱发的湿涨变形一直未给予充分重视。由于缺少专门的实验方法，国内外学者研究湿胀问题时不得不选用干缩实验方法替代，既不符合膨胀发展规律，测量精度也不高。因此，本课题对建筑材料湿胀性能测量装置和标准化实验方法进行了系统研究，包括以下内容：1.分析了墙材湿胀过程、机理及现有实验方法，建立了动态吸水膨胀实验方案；通过探索墙材在水中吸水量的连续测量方法和解决测量标距定位等关键问题，推导吸水膨胀过程的膨胀值和吸水率瞬态计算模型，建立了具备连续、自动、精确和稳定测量功能的动态吸水膨胀测量装置；2.通过典型墙材的动态吸水膨胀实验，检验了测量装置和实验方法的准确性，进而提出了全新的墙体材料动态吸水膨胀标准化实验方法，并分析了典型墙材的吸水膨胀规律，建立了其吸水膨胀实验模型，分析了尺寸效应对其吸水膨胀规律的影响；3.基于准静态吸湿条件下膨胀完全与含湿量变化相适应的假设，提出了用动态方式依次测量多个相对湿度由低到高的小范围变化区间内的瞬时膨胀量和吸湿量来获得等温状态下墙体材料吸湿膨胀曲线的新方法，并研制了动态湿胀干缩测量装置，确定了准静态吸湿成立条件，进而建立了动态吸湿测量的标准化实验方法；4.基于典型墙材实验数据，分析了其吸湿膨胀规律，建立了相关实验模型。5.首次定义了墙体材料动态湿胀系数及其计算方法，获得了加气砖和灰砂砖的动态湿胀系数。 2100433B

目前新型墙体因砌筑材料热湿膨胀、吸水膨胀和干燥收缩而引起的开裂现象十分普遍，因热湿膨胀机理和相关实验方法复杂性，墙体的胀缩开裂控制措施和方法缺乏，现阶段以测量干缩值为实验方法的防治手段效果也不佳，因此，要从根本上防治开裂，首先应提出适用于墙材湿胀干缩变化机理模型，并建立精确测量的标准化实验方法。本课题重点研究内容包括：1.分析墙材热湿膨胀过程及机理，建立吸水膨胀过程的膨胀值和吸水率瞬态计算模型，提出全新的动态吸水膨胀测量标准化实验方法；2.探索墙材在水中吸水量的连续测量方法，提出测量标距定位等关键问题和解决方案，进而建立具备连续、自动、精确和稳定测量功能的动态吸水膨胀测量装置；3.研究环境湿度小范围变化条件下墙材的变形规律，建立动态吸湿干缩测量的标准化实验方法，研制动态干缩湿胀循环过程测量装置，并确定墙体在干湿循环状态下的变形发展规律。本课题成果将为新型墙体构造设计提供开裂控制理论依据。

我国湿热气候地区的建筑墙体存在着很强的热湿耦合传递现象。墙体热湿耦合传递对建筑热工性能、建筑热湿环境和建筑能耗有着十分重要的影响。本项目在多孔介质热质传递理论、能量和质量守恒定律的基础上，利用非平衡热力学方程，考虑墙体内部水分蒸发冷凝及太阳辐射等影响因素，研究墙体内热湿耦合传递机理，建立多层墙体热湿耦合传递动态数学模型；解决机理模型系数难以确定和不同材料间的边界条件不能确定的难题；开发有效的实验验证测试技术，采用two-way expansion和动态边界条件等先进数值技术，提高机理模型准确性和数值稳定性。进而研究墙体热湿耦合传递对建筑热湿环境和建筑能耗的影响、湿热气候节能墙体的设计分析方法、墙体内部冷凝状况和墙体霉菌生长情况，为我国湿热气候地区的节能建筑墙体的设计，降低墙体内部冷凝几率，防止墙体霉菌生长提供理论依据和技术指导。

定义

α和β的物理意义是每百分之一湿度变化引起的材料体应变和线应变。在自由膨胀的情况下，假如在某时刻有湿度增量△M ，则这时的体应变增量为α△M ，线应变增量为β△M 。若材料的变形受到约束，不能实现自由的膨胀收缩，就会出现相应的湿应力。

意义

谷物在吸湿或脱湿过程中，可能出现应力裂纹(stress crack )，从而导致品质下降。前人研究工作表明，这主要是由于外界热、湿条件的影响，使谷物颗粒内部出现热-湿应力(thermal-hygro stress)。如果这种热- 湿应力超过了谷物颗粒材料的强度极限，谷物颗粒内部就将出现裂纹。湿体膨胀系数α和湿线膨胀系数β是计算湿应力场的最基本材料参数之一。2100433B

单螺杆膨胀机是一种新型膨胀动力设备，兼具速度型和容积型膨胀机的特点，具有非常好的发展潜力。然而目前缺乏相关基础研究工作。单螺杆膨胀机的工作过程十分复杂，由工质/润滑油组成的多相多组分流体在复杂的三维流道内相互作用、相互影响，通过全流膨胀过程实现热功转换。为提高单螺杆膨胀机热力完善度，需要开展单螺杆膨胀机全流膨胀过程的作用机理研究，展开在单螺杆膨胀机复杂流道内多元多相流体的流动、传热和能量转换机理的研究，分析影响效率的主要因素，结合有机朗肯循环全工况性能测试的实验研究，找到优化单螺杆膨胀机结构及运行方式的方法，为单螺杆膨胀机的实用化提供研发基础和技术支撑，为我国节能减排事业贡献力量。