Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДА В КРИОЛИТОЗОНЕ

Гнетов Е.А. 1 Горохов Е.Н. 1 Маленов А.А. 1
1 Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
1. Богословский П.А. Расчет многолетних изменений температуры земляных плотин, основанных на толще мерзлых грунтов // Труды Горьковск. инж.-строит. инст-та. 1957. Вып. 27. С. 123-178.
2. Лыков А.В., Михайлов А. В. Теория тепло- и массопереноса М.-Л.: ГЭИ, 1963. – 535 с.
3. Лыков А. В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. – М.: Высшая школа, 1967. С. 599-600.
4. СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».
эксперим

Особенности строительства объектов теплоснабжения в северной строительно-климатической зоне обусловлено наличием многолетнемерзлого грунта (ММГ). На практике в условиях вечной мерзлоты прокладка теплопроводов часто выполняется открытым способом (на эстакадах), что ухудшает качество благоустройства территории. Прокладка теплопроводов подземным безканальным способом в просадочных ММГ затруднительна, т.к. потери тепла через теплоизоляцию трубы при значительных температурах теплоносителя (порядка 150 °С) может привести к просадке грунта и высоким изгибающим моментам. Если на глубине оттаивания залегают непросадочные грунты, то допускается прокладка сетей в железобетонных лотках, но с обязательной вентиляцией [4].

Глубина оттаивания ММГ зависит от температуры теплоносителя, наличия теплоизоляции на поверхности теплопровода, теплофизических характеристик грунтов основания, климатических параметров района.

В рамках исследования определяется температурное состояние основания теплотрассы, возведенной в условиях вечной мерзлоты, на момент времени 300 лет с начала эксплуатации. Учитывается процесс кондуктивной теплопередачи, описывающийся уравнением Фурье, которое в двухмерных условиях будет иметь вид [1, 2, 3]:

gnet01.wmf, (1)

где CГРρГР – объёмная теплоёмкость грунта, включающая теплоёмкость всех его компонентов (СГР – теплоёмкость грунта, ρГР – плотность грунта); ϑ – температура грунта; t – время; λГР – теплопроводность грунта.

Для грунтов, находящихся при температуре ниже температуры замерзания свободной воды, уравнение теплопроводности будет иметь вид:

gnet02.wmf; (2)

где ρЛ – плотность льда; п – пористость грунта; L – удельная теплота плавления льда; b – степень льдистости (влажности) грунта; R – относительная льдистость (представляет собой отношение массы порового льда к массе поровой воды).

Для решения задачи теплотехнического прогноза применен метод конечных разностей.

В качестве теплопровода в расчете рассматривается одна труба с температурой теплоносителя 150 °С, помещенная в бетонный лоток, заглубленный на глубину 1,87 м. Расчет производится численным методом [3] с использованием программы Tube. v.1.0.

Расчетная схема представлена на рис. 1.

gnet1.tif

Рис. 1. Схема к расчету температурного состояния основания теплотрассы

Геотермическая ступень ММГ составляет 10 м/градус. Грунт основания – суглинок. В качестве опор теплопровода служит кладка из силикатного кирпича. Обратная засыпка выполняется из песка. Расчетная среднегодовая температура воздуха stro002.wmf°С; расчетная среднегодовая температура теплоносителя stro003.wmf. Допуском в данной постановке задачи является приведение конвективного теплообмена воздухом в пространстве между трубой и лотком к кондуктивному посредством учета повышенного коэффициента теплопроводности для воздуха – stro004.wmf [2].

Расчет выполняется в двух вариантах: для стальной трубы без теплоизоляции и для стальной трубы с теплоизоляцией из пенополиуретана (ППУ) с коэффициентом теплопроводности 0,033 stro005.wmf. Результаты расчета представлены на рис. 2.

Полученные результаты в данном случае позволяют произвести визуальную оценку необходимости устройства теплоизоляции. Анализ результатов показывает, что глубина ореола оттаивания под теплопроводом для двух вариантов отличается примерно в 2,5 раза.

gnet2.tif

Рис. 2. Температурные поля, полученные на момент времени через 300 лет после начала эксплуатации, для двух вариантов поверхности трубы


Библиографическая ссылка

Гнетов Е.А., Горохов Е.Н., Маленов А.А. ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДА В КРИОЛИТОЗОНЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 276-278;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32217 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674