Тепловыделяющих каналов

Подземные трубопроводы являются мощными теплоисточниками, оказывающими большое влияние на температурное поле грунта. В результате температура вмещающей среды повышается, и она теряет прочность. На практике наблюдается много случаев деформаций зданий, если их основание оказывается в зоне этого влияния. Особо опасно распространение ореола оттаивания вокруг трубопровода под подошву фундаментов. Кроме того, образование больших ореолов оттаивания опасно и для устойчивости самого трубопровода. Оно может привести как к его недопустимой осадке, так и к всплытию.

Из вышеизложенного следует, что расчет ореола оттаивания вокруг подземного трубопровода есть непременное условие при его проектировании.

Различают низкотемпературные трубопроводы и высокотемпературные. Первые рассчитываются, исходя из образования стационарного температурного поля вокруг трубы. Вторые - нестационарного. Отнесение трубопровода к первому или второму виду производят исходя из значения безразмерной температуры b_t. Если b_t ³ 0,2 трубопровод относят к низкотемпературному, в противном случае - к высокотемпературному.

При низкотемпературном трубопроводе величина b_t рассчитывается по формуле 5.6.

Глубина оттаивания вечномерзлого грунта под центром трубы, показанная на рис. 5.1 определяется по формуле 5.1.

(5.1)

где h_н - глубина оттаивания под центром трубы, м;

r_т - радиус трубы, м;

m - отношение глубины заложения трубы h к её радиусу r_т;

n - безразмерный параметр, определяемый по формуле 5.5.

Рисунок 5.1. Схема к расчету ореола оттаивания

Мощность мерзлого грунта над центром трубы h_в, м, вычисляется по формуле 5.2.

(5.2)

Радиус ореола оттаивания вокруг трубы r_от, м, находится по формуле 5.3.

r_от= 0,5 (h_н- h_в), (5.3)

Смещение вниз центра ореола оттаивания по отношению к центру трубы определяется по формуле 5.4.

Dс = 0.5^. (h_н+h_в)-h, (5.4)

(5.5)

где l_т - теплопроводность грунта в талом состоянии, Вт/(м ^{. о}С);

b_t - безразмерная температура, рассчитывается по формуле 5.6;

R_t - термическое сопротивление теплопередаче, м^.оС/Вт, определяется по формуле 5.7.

, (5.6)

где l_м - теплопроводность грунта в мерзлом состоянии, Вт/(м ^оС);

t_о - температура грунта на глубине 10 м, ^оС;

t_с - температура транспортируемой среды, ^оС;

n - коэффициент, учитывающий работу трубопровода неполным сечением, безразм., определяется по таблице 5.1; для напорных трубопроводов принимается равным n=1.

(5.7)

Таблица 5.1. Значение коэффициента n

to	Cтепень заполнения трубы, %
	0.8	0.95	1.0
-2	0.75	0.85	1.0
-4	0.70	0.80	1.0
-6	0.66	0.77	1.0

При высокотемпературном трубопроводе глубины оттаивания вечномерзлого грунта под центром h_н, м и мощность мерзлого грунта над центром h_в, м трубы определяются по формулам 5.8 и 5.9.

h_н=(x_t-m-1) r_t, (5.8)

Рис.5.2. Номограмма для определения коэффициента x_t

h_в = (h²-r_т²)/h_н, (5.9)

где x_t - безразмерная глубина оттаивания под центром трубы, определяемая по номограмме на рис. 5.2 в зависимости от параметров m, b_t, I_t;

I_t - безразмерное время, определяется по формуле 5.10.

, (5.10)

где t - расчетный период, ч;

q_f - удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт ч/м³, рассчитывается по формуле 4.8 (см. задача № 4).

Радиус оттаивания r_от и величина смещения центра ореола оттаивания вниз по отношению к центру трубы Δс определяются по формулам 5.3 и 5.4 при подстановке в них значений h_н и h_в, вычисленных по формулам 5.8 и 5.9.

Изложенная методика позволяет рассчитывать высокотемпературные трубопроводы, например, теплопроводы, прокладываемые в невентилируемых подземных каналах. Для этого используются формулы 5.8 - 5.10, а так же 5.3 - 5.4, в которые под радиусом трубы r_t, понимается эквивалентный радиус r_экв, под температурой среды t_c - температура внешней поверхности канала t_к, под глубиной заложения трубы h - расстояние от дневной поверхности до оси канала. При этом коэффициент n принимается равным 1.0. Температура внешней поверхности канала, где прокладывается прямая и обратная магистраль теплопровода, определяется по данным таблицы 5.2.

Таблица 5.2. Значение t_к

глубина заложения до верха	Размеры канала hк´ bк, м
канала	0.4 ´0.5	0.4´0.6	0.4´0.75	0.5´1.0	0.65´1.0	0.8´1.5
0.5	12/20	12/20	13/22	16/27	24/41	27/46
0.7	12/20	14/24	14/24	20/34	28/41	30/51
1.0	13/22	15/25	15/25	21/35	28/47	30/51
1.5	14/25	17/30	17/30	22/38	31/53	35/60

Примечание: В числителе указана величина t_к при температуре теплоносителя 95-79 ^оС, в знаменателе - при температуре 130-170 ^оС.

Величина r_экв, м, определяется по формуле 5.11.

r_экв=(h_к+b_к)/p, (5.11)

где h_к, b_к - высота и ширина канала, м.

Дата добавления: 2015-10-24