Теплообмен в плоском канале и окружающей его многослойной системе строительных материалов и грунтов

выводы.

В процессе работы автором были изучены особенности строения и теплового состояния мерзлых грунтов, проблемы строительства в условиях Западной Сибирипроанализированы работы технического, физического и математического характерарассмотрены различные численные методы решения подобных задач.

В результате работы сформулирована математическая модель нестационарного процесса теплообмена в многослойной системе строительных материалов и грунтов с учетом фазового перехода поровой влаги. Численное решение, реализующее эту модель многократно подтверждено сравнением с имеющимися точными решениями или натурными данными. Составлен пакет программ для компьютера, позволяющий проводить предварительное исследование конкретной задачи и прогнозировать тепловое состояние системы строительные материалы и грунт.

Дано теплофизическое обоснование технологии прогрева поверхности рассматриваемой многослойной системы, предложенная методика позволяет численно решать широкий класс подобных задач. Исследование конвективного теплообмена на поверхности показало сильное влияние скорости движения нагретого воздуха на формирование температурного поля в системе, Сделанные допущения существенно упрощают решение практических задач.

Предложенная автором математическая и численная модель позволяет решать широкий класс инженерных задач, прогнозировать изменение теплофизического состояния грунтов и инженерных сооружений.

В результате теоретико-численного анализа теплового взаимодействия системы коммуникаций, мерзлого грунта и здания (гл. 3) подтверждается существенное отличие от окружностей конфигурации температурных полей вокруг канала теплопроводов, что соответствует натурным наблюдениям,.

В задаче о конвективном теплообмене в плоском канале (гл. 4) рост числа Рейнольдса ке, означающий увеличение среднемассовой скорости при фиксированной ширине канала, приводит к заметному уменьшению толщины температурного пограничного слоя. Выявлена значительная ассиметрия распределения температуры по ширине канала, объясняемую различием условий теплообмена на стенках канала.

Отмечается резкий подъем кривых ЫЯв) ({б — температура поверхности бетона) и (о6 — тепловой поток через нижнюю стенку канала) с ростом Яе. Увеличивающийся при этом разброс температурных кри= вых свидетельствует о том, что тепловая стабилизация устанавливается все дальше от входного сечения канала,.

С удалением от входного сечения скорость изменения 1б и у6 уменьшается, С ростом температуры газа на входе в канал увеличивается неизотермичность поверхности бетона, которая особенно велика вблизи входного сечения канала.

Приведенные расчеты теплообмена при конвективном разогреве бетонной плиты позволяют выяснить диапазон изменения различных параметров для создания оптимальных условий работы по нанесению асфальтобетонного покрытия.

1. Аксенов Б. Г.- Майер В. Р., Кушакова Н. П. Теплофизический расчет процесса укладки асфальтобетона II Нефть и газ Западной СибириТюмень, ТИИ -1989.

2. Аксёнов Б. Г. Численное решение одномерных многофронтовых задач Стефана Изв. СО АН СССР, серия техн. наук, 1987, N18, вып.5, с. 120−123.

3. Аксенов Б, Г. Исследование процессов тепломассообмена в грунтах, строительных материалах и сооруженияхДне.. докт. ф.-м. Наук1. Тюмень 1994 «403 с,.

4. Аксенов Б. Г. Численное решение одномерных многофронтовых задач Стефана // Изв. СО АН СССР, Сер. Техн. Наук.-1987.-М§ 18вып. 5,.

5. Аксенов Б, Г, Кушакова Н, П, Майер В. Р. Нестационарное тепловое состояние многослойной системы строительных материалов // Изв. СО АН СССР, сер.техн.наук 1990. — вып.З.

6. Аксёнов Б, Г., Лейкам А. Б., Антонов О. В, Сроки вмерзания свай, погруженных в фунт парооттаиванием, Нефтепромысловое строительство, 1982, вып.7, с.23−24.

7. Аксенов Б. Г, Майер В. Р., КушаковаН.П. Автоматизация теплотехнических расчетов при проектировании автомобильных дорог // Экспресс инф. «Автоматизация и телемеханизация в нефтяной нром= ти», ВНИИО ЭКГ Москва, -1990 — вып. З — с. 5−10.

8. Андерсон Д. Таннехилл Дж,. Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2х т. У.: Мир — 1990, т.1, — 384с., т.2, — 392с.

9. Бабенко Ю. И. Теплопередача в полубесконечную область с границей, движущейся по произвольному закону, Прикл, мат-ка и мех, 1975, т, 39, вып. 6, с.1134−1141.

10. Балобаев В. Т., Павлов A.B., Перльштейн Г. З. и др. Теплофизиче-ские исследования фиолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука, 1 у8о," 21 oc.

11. Бек Дж., Блакуал Б, Сент-Клэр ч., мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности. М.: Мир, 1989, — 312с.

12. Беляев Н. М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. М.: Высшая школа, 1982, — ч.1: 327с., ч.2: 304с.

13. Букаров Н. В, Тепловые режимы и потери тепла в зоне прокладки подземных трубопроводов: автореферат дис. .канд. техн. наук4 ПП" 71. fi?/.

14. Вотяков И, Н, Физико-механические свойства мёрзлых и оттаивающих грунтов Якутии. Новосибирск: Наука, 1975, — 176с.

15. Гебхарт б., Джалурия Й, Махаджан Р., Саммакия Б, Свободнокон-вективные течения, теплои массообмен. В 2х книгах. М.: Мир, 1991, кн. 1, — 878с., кн. 2. 628с.

16. Годунов С. К., Рябенький B.C. Разностные схемы. -М.: Наука, 1973.

17. Гольдтман В. Г., Знаменский В. В., Чистопольский С. Д. Гидравлическое оттаивание мерзлых горных пород, Тр. ВНИИ-I, Магадан, 1970, т. ЗО, 432с,.

18. Гурьянов И, Е. Теплофизические характеристики глинистых грунтов при численном решении задач о промерзании и оттаивании. В кн.: Инженерные исследования мёрзлых грунтов. Свойства грунтов и динамика мерзлотных процессов. Новосибирск: Наука, 1981, с.45−54,.

19. Даниелян Ю. С., Аксенов Б. Г. Построение оценок решений некоторых немонолитных задач нелинейного теплообмена, Теплофизика высоких температур, -1986." Т/23,№ 5.

20. Даниэлян Ю. С., Яницкий П. А. Приближённое решение нелинейных задач Стефана, В сб.: Проблемы нефти и газа Тюмени. 1979, N43,-?q пт)1. V, f ''UA.

21. Иванов Н. С., Чистотинов Л. В., Мандарев АД., Савельева Г, Г,.

22. О возможности определения температурной зависимости содержания незамёрзшей воды по температурам ei фазовых переходов в мёрзлых горных породах, В сб.: Мат-лы 8 Всес. между вед ом. Со-вещ. по геокриологии (мерзлотоведению). Якутск, 1866. вып.4, с.38−45.

23. Исаченко В. П., Осипова В. А. Сукомел A.C. Теплопередача. Изд-е 2-е. М.: Энергия, 1969.-416с.

24. Казакова Н. Э. Кушакова Н.П. О применении метода линейного программирования к вычислению гармонических моментов возмущающих масс // Изв. ВУЗов, сер. Математика -1987 вып.4 — с. 31 — 36,.

25. Карнаухов H.H., Моисеев Б. В. и др. Инженерные коммуникации в нефтегазодобывающих районах Западной Сибири, Стройиздат, 1. Красноярск, 1992,.

26. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел, М.: Наука, 1964.

27. Коновалова A.A., Роман Л. Г, Особенности проектирования фундаментов в нефтепромысловых районах Западной Сибири Стройиз-дат, Ленинград, 1981.

28. Кутателадзе С, С, Основы теории теплообмена, НовосибирскНаука, 1970.= 476с,.

29. Кушакова Н, П, Рубцов H.A., Синицын В, А. Нестационарный теплообмен в многослойных системах // Мат. Всесоюзного семинара «Теплообмен и теплофизические свойства материалов» Новосибирск — 1992,.

30. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.599с.

31. Моисеев Б, В., Аксенов Б. Г., Кушакова Н. П. //Численный метод решения задачи теплового взаимодействия прямоугольного канала с промерзающим грунтом, Изв. ВУЗов, Нефть и газ, 1997 № 5,.

32. Моисеев Б, В. Аксенов Б. Г., Кушакова Н. П. Учет теплового влияния здания и канала теплопровода на температурный режим грунтов // Изв. ВУЗов «Нефть и газ» — Тюмень -1997 — № 6 — с. 142.

33. Нерсесова З. А. Изменение льдистости грунтов в зависимости от температуры. Докл. АН СССР, 1950, т.25, N6, с.845−846.

34. Общее мерзлотоведение (геокриология), изд.2, перераб. И доп. Учебник/ Под ред. В. А. Кудрявцева, М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978,-464с.

35. Основы мерзлотного прогноза при инженерно-геологических исследованиях. М, :Изд-во Моск. ун-та, 1974,-431с.

36. Павлов A.B. Расчёт и регулирование мерзлотного режима почвы, -НовосибирскНаука, 1980, — 240с.

37. Павлов A.B. Теплофизика ландшафтов. НовосибирскНаука, 1979, — 284с,.

38. Расчет и экспериментальное исследование теплового влияния здания на сезонно-промерзающее грунтовое основание // Инф, Обз, ЦНТИ по гражданскому строительству и архитектуре, Москва 1968,.

39. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен: Физические основы и вычислительные методы М: Мир, 1987 — 590 с,.

40. Себиси. Метод расчета коэффициента турбулентной теплопроводности и турбулентного числа Прандля. Труды амер. О-ва инж.-мех., сер. С, Теплопередача, 1973, № 2, с, 88,.

41. СНиП 2.02.04−88. Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах,.

42. СНиП 2−18−76. Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах, Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1977. 46с.

43. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах / Под ред. Велии ЮЛ. идр."Л,-Стройиздат. Лнииград. Отд-ие, 1977.

44. Сумгин М. И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. 2-е изд. -М.: Изд-во АН СССР, 1937. 379с.

45. Сумгин М. И, Качурин С. П., Толстихин Н. И., Тумель В. Ф. Общее мерзлотоведение. Л.-М.- Изд-во АН СССР, 1940. 347с,.

46. Тихонов А. Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. 4-е изд., испр. М.: Наука, 1966." 735с,.

47. Тютюнов И, Д., Нересова З. А. Природа миграции воды в грунтах иосновы физико-химических приёмов борьбы с пучением." М.:Изд-во АН СССР. 1963." 158с.

48. Фельдман Г. М. Прогноз температурного режима грунтов и развития криогенных процессов. Новосибирск: Наука, 1977. 192с.

49. Хаин В. Я. Глубина промерзания грунта при наличии миграции и зоны фазовых превращений грунтовой влаги. В кн.: Криогенные процессы. — М. — Наука, 1978, с. 156−169.

50. Цытович H.A. К теории равновесного состояния воды в мёрз-лых грунтах. Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геоф., 1945, т.9, N5−6, с.493−502.

51. Чудновский А. Ф. Теплообмен в дисперсных средах. М.: Гос-техиздат, 1948." 444с.

52. Чудновский А. Ф. Теплофизика почв, — М.'.Наука, 1976. 352о.

53. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена.- М.'.Мир, 1988.*544с.

54. Шлихтинг Г., Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974, 712 с.

55. Cebeoi Т., Chang К.С. A general method for calculating momentum and heat transfer In laminar and turbulent duct flous. // Numerical Heat Transfer 1978 — v 1 — pp 39−68.

56. Cebeoi T. Smith A.M.Q. Analysis of Turbulent Boundary Layers.

57. Academic N.Y. — 1974 62 Na T.Y., Habib J.S. Heat transfer in turbulent pipe flower based on a new mixinglength model // Appi, Set, Res. — 28 — 19 731. Приложений I.