Глубины оттаивания ММП под центром и мощностью мерзлого грунта под центром hн трубы определяют
hн = (ξt – m – 1)* rтр;
hb = (h² - rтр²)/hн;
где ξt – безразмерная глубина оттаивания под центром трубы, определяемая по номограмме (рис. 7.2) и зависимости от параметров m,
βt и It;
It – безразмерное время: It = vλтtcτ/4gfr²тр
здесь τ – расчетный период, ч;
gf - удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт.ч/м³, рассчитывается по формуле
gf = g(Wc – Wн)ρс.м.
Радиус оттаивания rот и величину смещения центра ореола оттаивания вниз по отношению к центру трубы ∆от рассчитывают по формулам при подстановке вниз значений hн и hв.
Изложенная методика позволяет рассчитывать высокотемпературные трубопроводы (например, теплопроводы в невентилируемых подземных каналах). Для этого используют вышеперечисленные формулы, в которых за радиус трубы rтр принимается эквивалентный радиус rэк, за температуру среды tc – температура высшей поверхности канала tк, за глубину заложения трубы h – расстояние от дневной поверхности до оси канала. При этом v = 1. Величину rэк определяют по формуле: rэк = (hк + bк)/ π,
где hк и bк – высота и ширина канала, м.
Таблица 7.1
Значения коэффициента v
tо, °C | v при различной степени заполнения трубы(%) | ||
-2 -4 -6 | 0,80 0,75 0,70 0,66 | 0,95 0,85 0,80 0,77 | 1,0 1,0 1,0 1,0 |
Таблица 7.2
Значение температуры tк
Глубина Заложения от верха канала, м | tк при различных размерах канала hк x bк (м) | |||||
0,4x0,5 | 0,4x0,6 | 0,4x0,75 | 0,5x1,0 | 0,65x1,0 | 0,8x1,5 | |
0,5 0,7 1,0 1,5 | 12/20 12/20 13/22 14/25 | 12/20 14/24 15/25 17/30 | 13/22 14/14 15/25 17/30 | 16/27 20/34 21/35 22/38 | 24/41 28/41 28/47 21/53 | 27/46 30/51 30/51 35/60 |
Температуру внешней поверхности канала, где прокладывается прямая и обратная магистрали теплопровода, определяют при помощи табл.7.2
Задачи
1. Рассчитать ореол оттаивания вокруг подземного канализационного коллектора, работающего неполным сечением (степень заполнения коллектора 30%). Радиус rтр = 0,15 м; глубина заполнения коллектора h=1,5 м; температура воды (теплоносителя) tc =9 °C; температура грунта tо = -2 °C; λt = 1,51 Вт/м. °C; λм =1,67 Вт/м. °C.
2. Рассчитать ореол оттаивания вокруг подземного нефтяного трубопровода, работающего сечением 50 % заполнения. Радиус rтр = 1,5 м; глубина заполнения коллектора h =1.5 м; температура потока нефти tc = 7 °C; температура грунта tо = 0 °C; λt = 1,69 Вт/м. °C; λм =1,81 Вт/м. °C.
3. Определить ореол оттаивания вокруг подземного невентилируемого канала теплопровода размером 0.4x0,6 м, уложенного на глубине 1 м (считая до верха канала) h =1+0.2 = 1,2 м за 20 лет его эксплуатации: τ = 175200 ч. Параметры теплоносителя 70 – 95 °C. Грунт – суглинок с суммарной влажностью Wc =0,25; плотностью сухого мерзлого грунта ρс.м. = 1000 кг/м³; λt = 1,51 Вт/м. °C, λм = 1,69 Вт/м. °C, числом пластичности Ip = 0,13; влажностью на границе раскатывания Wp = 0,15; температура грунта tо = - 0,7 °C.
ТЕМА 8