Исследование влияния температуры трубопровода и температуры наружного воздуха на параметры теплосилового взаимодействия трубопровода с грунтом

В приведенном ниже расчетно-параметрическом исследовании показано влияние температуры трубопровода и температуры наружного воздуха на параметры теплосилового взаимодействия подземного трубопровода в условиях жесткого защемления концов на рассматриваемом участке. Объектом исследования был выбран гипотетический трубопровод с внешним диаметром 820 мм. Глубина залегания трубопровода (расстояние от дневной поверхности грунта до верхней образующей трубопровода) составляла 600 мм. Протяженность участка трубопровода, на котором исследовалось теплосиловое взаимодействие — 16 м. Характеристики исследуемого трубопровода приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Характеристики трубопровода

Трубопровод окружен грунтом, теплофизические свойства которого изотропны. В качестве грунта выбрана глина, с при;

К.2

веденной плотностью сухого скелета ^ = 1400—ги пористо;

м

стью т, равной 0.45. Функциональные зависимости теплофизических характеристик глинистого грунта были получены по данным [2]. Аппроксимация зависимости коэффициента диффузии влаги D от величины объемного влагосодержания в была выполнена по данным В. А. Кудрявцева. Расчетное исследование проводилось для холодного периода времени, длительность которого составляла 180 суток. Температура наружного воздуха задавалась гармонической функцией следующего вида:

где А — амплитудное значение температуры, в °С; г е [0;180 ] — время в сутках. Температура трубы Т_т, на протяжении всего холодного периода, задавалась постоянной. Толщина снежного покрова, формируемого в холодный период времени, задавалась постоянной и равной L_CH = 300 мм.

_ «Вт

Теплопроводность снега постоянная Я_сн =0,2- на протяни -К

жении всего времени расчета. Начальное распределение температуры грунта и приведенной плотности влаги задавались постоянными и равными Т (х, у, т = 0) = 211К и /?_й=450—г.

м

(что соответствует полному влагонасыщению глинистого грунта) во всей расчетной области. На нижней границе расчетной области задавались постоянные значения температуры.

КВ

грунта Г_у = 211К и его приведенной влажности р_в — 450—-.

м

На рис. 6.8 представлена зависимость максимума вертикального смещения трубопровода в центральном сечении рассматриваемого участка от температуры трубопровода при амплитудном значении температуры наружного воздуха А = -20 °С. Пользуясь этой зависимостью, можно оценить влияние температуры трубопровода на величину его максимального вертикального смещения и планировать мероприятия по уменьшению негативных последствий этого перемещения. Следует также отметить слабое влияние температуры окружающего воздуха на величину вертикального смещения.

Рис. 6.8. Зависимость вертикального перемещения центрального сечения трубопровода от его температуры.

По результатам проведенного исследования, влияния температур трубы и наружного воздуха было установлено существенное влияние температуры трубопровода на его высотное положение и величину дополнительных напряжений, возникающих в стенках трубы. Понижение минимальной температуры воздуха от -10 °С до -20 °С при заданной постоянной температуре трубы в диапазоне -5 °С до -15 °С приводит к увеличению высотного положения всего в 1,01−1,03 раза. Таким образом, в рассмотренных условиях наблюдается более заметное влияние температуры трубы на напряжения, чем температуры окружающей среды.