Лабораторная работа №10

Расчет электроразогрева грунта

Пример

Определить расход электроэнергии на отогрев 1 м³ грунта (суглинка) вертикальными глубинными электродами, исходные данные в табл.10.1

Таблица 10.1 – Исходные данные для примера

Объемная плотность грунта, т/м³	Влажность грунта, %	Наружная температура воздуха, °С	Конечная температура нагретого грунта, °С	Объем грунта подлежащего отогреву, м³	Глубина промерзания грунта, м
1,5	15	-10	+7	500	1,4

Расстояние между электродами принято: d=0,6 м.

Промежуток между рядами электродов:

(10.1)

, м.

Определяем по графику рис. 10.1, учитывающему среднюю отрицательную температуру грунта, количество замерзшей в суглинке воды при температуре -7-10°С.

Рисунок 10.1 – График определения количества воды, находящейся в замерзшем состоянии в грунте при отрицательных температурах (в % от общего количества воды)

Так как температура в грунте изменяется по параболической кривой, средняя температура составит:

,°С. (10.2)

,°С.

Для такой температуры количество замерзшей воды от общего содержания влаги составит ε_з.в=0,7.

Усредненная удельная теплоемкость грунта определяется по формуле:

,ккал/кг °С, (10.3)

где С_ц – удельная теплоемкость сухого грунта, равная 0,2;

ε_н.в – количество незамерзшей воды, определяемое как ε_н.в = 1- ε_з.в;

t_к – конечная температура нагретого грунта, °С.

, ккал/кг °С,

Коэффициент температуропроводности грунта определяется по формуле:

, (10.4)

где λ – коэффициент теплопроводности грунта, определяемый по рис. 10.2

а)

б)

Рисунок 10.2 – Номограммы для определения коэффициента теплопроводности грунтов:

а - мерзлых песчаных грунтов, б - мерзлых глинистых грунтов

Определяем время z оттаивания слоя толщиной 10 см на границе поверхности талого грунта:

, (10.5)

где t_и.т – температура источника тепла, равная 30°С.

По графику рис. 10.3 получим:

Рисунок 9.2 – График функции Крампа

Время оттаивания грунта на глубину 10 см составит

, ч. (10.6)

, ч.

Общая продолжительность оттаивания замерзшей толщи с учетом оставляемого верхнего слоя толщиной 30 см в замерзшем состоянии

, ч. (10.7)

где d_р – глубина промерзания грунта (таблица 7.4), см.

ч.

Расход тепла, идущего на оттаивание всего объема мерзлого грунта:

, ккал, (10.8)

где i_г – весовая влажность грунта;

80 – скрытая теплота плавления льда, ккал/кг°С;

0,5 – удельная теплоемкость льда, ккал/кг°С.

, ккал.

Общий расход электроэнергии

, кВт ч. (10.10)

, кВт ч.

Расход электроэнергии на отогрев 1 м³ грунта составит:

, кВт ч/м³. (10.11)

, кВт ч/м³.

Задание: Решить задачу с условиями табл. 10.3

Таблица 10.3 – Исходные данные по вариантам

Вариант	Объемная плотность грунта, т/м³	Влажность грунта, %	Наружная температура воздуха, °С	Конечная температура нагретого грунта, °С	Объем грунта подлежащего отогреву, м³	Город
1	1,55	14	-13	+7	600	Растов-на-Дону
2	2,00	10	-9	+8	1000	Липецк
3	1,38	12	-15	+9	800	Ярославль
4	1,72	17	-12	+6	450	Уфа
5	1,63	20	-14	+10	920	Москва
6	1,89	14	-13	+12	380	Пенза
7	1,97	19	-18	+8	650	Красноярск
8	2,11	13	-16	+9	830	Омск
9	1,43	23	-11	+11	750	Сургут
10	1,85	17	-17	+12	440	Новосибирск

Город	Грунт
Город	Суглинки и глины	Пылеватые и мелкие пески	Средние и крупные пески	Каменистый грунт, крупнообломочный
Москва	1,35	1,64	1,76	2,00
Дмитров	1,38	1,68	1,80	2,04
Кашира	1,40	1,70	1,83	2,07
Владимир	1,44	1,75	1,87	2,12
Тверь	1,37	1,67	1,79	2,03
Калуга, Тула	1,34	1,63	1,75	1,98
Рязань	1,41	1,72	1,84	2,09
Ярославль	1,48	1,80	1,93	2,19
Вологда	1,50	1,82	1,95	2,21
Нижний Новгород, Самара, Иваново	1,49	1,81	1,94	2,20
Санкт-Петербург, Псков	1,16	1,41	1,51	1,71
Новгород	1,22	1,49	1,60	1,82
Ижевск, Казань, Ульяновск	1,70		1,76
Тобольск, Петропавловск	2,10		2,20
Уфа, Оренбург	1,80		1,98
Растов-на-Дону, Астрахань	0,8		0,88
Пенза	1,40		1,54
Бранск, Орел	1,00		1,10
Екатеринбург	1,80		1,98
Липецк	1,20		1,32
Новосибирск, Красноярск	2,20		2,42
Омск	2,00		2,20
Сургут	2,40		2,64
Тюмень	1,80		1,98