2.根据权利要求1所述的大体积混凝土结构的水化热计算方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤1.混凝土瞬态热传导：
将瞬态热传导方程写作：
ρ C ∂ T ( x , y , z , t ) ∂ t = λ T Δ T ( x , y , z , t ) + ∂ Q ∂ t - - - ( 1 ) ]]>
其中，ρ为混凝土密度；C为混凝土比热；λT为混凝土导热；Q为单位质量混凝土放热量；x,y,z为空间坐标；t表示时间；T表示温度；△为拉普拉斯算子；
将包含冷却水管的混凝土综合放热量分为两个部分：
∂ Q ∂ t = ∂ Q + ∂ t + ∂ Q - ∂ t - - - ( 2 ) ; ]]>
步骤2.混凝土水化放热量：
引入水化度ξ作为化学反应系统的中间变量：
∂ Q + ∂ t = Q ∞ ∂ ξ ∂ t - - - ( 3 ) ]]>
其中，Q∞为单位质量混凝土完全水化的放热量；
用以下方程描述水化度反应速率与温度T和化学反应亲和力Aξ(ξ)的关系：
∂ ξ ∂ t = A ξ ( ξ ) exp ( - E a R T ) - - - ( 4 ) ]]>
式中，Ea为化学反应活化能，R为理想气体常数；
通过热力学推导求得化学反应亲和力：
A ξ ( ξ ) = β 1 ( β 2 + β 3 ξ + ξ 2 ) ( ξ ∞ - ξ ) exp ( - η ‾ ξ ξ ∞ ) , - - - ( 5 ) ]]>
式中，β1、β2、β3均为材料常数，表示自由水在水化产物中扩散的黏度，ξ∞表示最终水化度；Q∞、Ea、β1、β2、β3、ξ∞通过材料试验得到；
步骤3.水管冷却效应：由能量平衡方程，单位长度的水管在单位时间吸收的热量与等于水流内能的增长：
式中，cw为水的比热容，m&w为水的质量流率，Tw为水温，Vl为沿水管方向长度增量，dTw(Vl)为水管长度增量为Vl对应的水温增量；Tw(l)和Tp(l)分别为水管长度l处，水的温度以及管壁的温度；K为综合热交换系数，通过传热学中方法求得：
K = 1 r w + r p - - - ( 7 ) ]]>
式中，rw和rp分别为水和水管单位长度的热阻；
r w = 1 2 πRh w - - - ( 8 ) ]]>
h w = N u λ w 2 R - - - ( 9 ) ]]>
式中，R为水管内半径，hw为水的对流换热系数，λw为水的导热系数，Nu为努赛尔数，通过波尔特程求解:
N u = 0.023 R e 4 / 5 P r n P r = μc w λ w - - - ( 10 ) ]]>
式中，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，n为常数,μ为水的粘度；
单位长度水管热阻用以下公式求得：
r p = l n ( R / R 0 ) 2 πk p - - - ( 11 ) ]]>
式中，R0为水管外半径，kp为水管材料的导热系数；
在水管各项热学参数确定的情况下，根据方程(7)～(11)，求解出综合热交换系数K；
方程(6)的求解；采用以下假设进行处理：
①沿水流方向，同一截面水管外壁温度相等，均为Tc(l)，则
dS＝2πR0dl (12)
②水管内水温沿水流方向均匀上升，即：
dT w ( V l ) = T w , o - T w , i L d l - - - ( 13 ) ]]>
T w ( l ) = T w , o - T w , i L l - - - ( 14 ) ]]>
式中，Tw,o和Tw,i分别为水管出口和进口的水温，L为水管总长；结合式(12)及式(13)，式(6)变为：
最终，求得Tw,o与Tp(l)的关系：
同理，推求Tw(l)与Tp(l)以及进口水温Tw,i之间的关系式：
式中，仅Tp(l)为未知，在得到Tp(l)的情况下，可求解得到对应的Tw(l)；
最后，对于沿水流方向长度为l处的水管，冷却水吸收的热量Q-用以下方程求得：
∂ Q - ∂ t = K ( T p ( l ) - T w ( l ) ) 2 πR 0 d l - - - ( 20 ) ; ]]>
步骤4.方法的实现：
4.1混凝土水化度
将温度及水化度离散化：
∂ ξ t + δ t ∂ t = ( ξ t + δ t - ξ t ) δ t - - - ( 21 ) ]]>
∂ T t + δ t ∂ t = ( T t + δ t - T t ) δ t - - - ( 22 ) ]]>
因此,水化方程转化为：
( ξ t + δ t - ξ t ) δ t = A ξ ( ξ t + δ t ) exp ( - E a RT t + δ t ) - - - ( 23 ) ]]>
ξ t + δ t - ξ t - A ξ ( ξ t + δ t ) exp ( - E a RT t + δ t ) δ t = 0 - - - ( 24 ) ]]>
混凝土热传导基本的能量平衡方程表示为：
∫ V ρ C ∂ T ( x , y , z , t ) ∂ t d V = ∫ S λ T Δ T ( x , y , z , t ) d S + ∫ V Q ∞ ∂ ξ ∂ t d V - - - ( 25 ) ]]>
结合方程(23)和(24)推出：
∫ V ρ C ( T t + δ t - T t ) δ t d V = ∫ S λ T Δ T ( x , y , z , t ) d S + ∫ V Q ∞ ( ξ t + δ t - ξ t ) δ t d V - - - ( 26 ) ]]>
T t + δ t - T t δ t ∫ V N T ρ C N d V = - ∫ V λ T ▿ N T ▿ T ( x , y , z , t ) d V + ( ∫ V N T Q ∞ ( ξ t + δ t - ξ t ) δ t d V ) - - - ( 27 ) ]]>
T t + δ t - T t δ t C t + δ t = - K t + δ t T t + δ t + Q ( 1 δ t C + K ) T t + δ t = Q + 1 δ t CT t - - - ( 28 ) ]]>
式中N为形函数矩阵，上标T指代矩阵或向量的转置，K和C分别为导热和比热矩阵；在隐式时间积分方法中，节点温度以及水化度的求解由以下步骤完成：
(1)输入变量：δt,Tt,ξt,Kt和Ct；
(2)设置合适的时间增量值并初步估算Tt+δt的值；
(3)采用牛顿-拉普森迭代方法求解ξt+δt的值:
ξ t + δ t k + 1 = ξ t + δ t k - f ( ξ t + δ t k ) f ′ ( ξ t + δ t k ) - - - ( 29 ) ]]>
f ( ξ t + δ t k ) = ξ t + δ t k - ξ t - A ξ ( ξ t + δ t k ) exp ( - E a RT t + δ t ) δ t - - - ( 30 ) ]]>
式中k指迭代步数，指的导数，并且在条件
其中，Tol是迭代的容差)符合时，执行迭代，直至达到容差要求；
(4)分别计算Q,Kt+δt以及Ct+δt矩阵，并验证方程(28)的平衡性；如果方程(28)达到平衡状态，那么继续下一步，即步骤(5)；否则返回步骤(2)并重新调整温度增量值；
(5)输出变量值:Tt+δt,ξt+δt,Kt+δt以及Ct+δt；
4.2水管沿程吸热量
水管热传导基本的能量平衡方程表示为：
∫ V ρ p C p ∂ T ( l , t ) ∂ t d V = ∫ S λ p Δ T ( l , t ) d S - ∫ l ∂ Q - ∂ t d l - - - ( 31 ) ]]>
同上节的推导，得到平衡方程：
T t + δ t - T t δ t C t + δ t = - K t + δ t T t + δ t - Q - ( 1 δ t C + K ) T t + δ t = 1 δ t CT t - Q - - - - ( 32 ) ]]>
K和C分别为导热和比热矩阵；为了形成Q矩阵，Q-在方程(20)中求解，结合方程(19):
在隐式时间积分方法中，水管节点温度以及水的温度的求解由以下步骤完成：
(1)输入变量：δt,Tt,l；输入常量：Tw,i,m&w,R0,K,Kt和Ct；
(2)设置合适的时间增量值并初步估算Tt+δt的值；
(3)已知节点温度值，依据方程(19)、方程(20)和方程(35)，分别计算Tw,o,Tw(l),的值；
(4)计算Q-,Kt+δt以及Ct+δt矩阵，并验证方程(32)的平衡性；如果方程(32)可以达到平衡状态，那么继续下一步，即步骤(5)；否则返回步骤(2)并重新调整温度增量值；
(5)输出变量值:Tt+δt,Tw(l),Tw,o。
