2978

11

Относительная ошибка в вычислении температуры поверхности полупространства, ограниченного слоем, при условии равенства теплофизических характеристик слоя и полупространства равна:

После преобразования представленных в диссертации работ в окончательном виде

Полученная в окончательном виде зависимость относительной ошибки температуры воздуха

имеет вид

Соответственно для подземных или обсыпных помещений прямоугольнойформы полученные вдиссертации значения равны

На рисунке 3 показаны графические зависимости относительных погрешностей температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха в период натопа через 1; 2,5; 5 суток.

т, сутки

Рис.3 Относительная погрешность температур в период натопа:

1 - поверхностей ограждающих конструкций (δτВ); 2-внутреннего воздуха (δtB)

Теоретическая зависимость для определения зоны талого грунта вокруг

каналов теплопроводов (формула Форхгеймера) имеет вид:

Экспериментальные значения температур грунта вокруг теплопроводов (Б.В.Моисеев), полученных при соответствующихтемпературных напорах приведены на рис.4

Рис.4 Осредненное температурное поле вокруг канала теплопроводов (по данным натурных наблюдений) [Моисеев Б.В.]

13

Нами методом суперпозициий просуммированы температурные поля, создаваемые самим каналом теплопровода по формуле (13), и естественного температурного поля фунта по исследованиям Б. В. Моисеева. Результирующее поле температур приведено на рисунке 5. В результате исследований установлено, что применение ме-

тода суперпозиций с достаточной для инженерных расчетов прямоугольных каналов теплопроводов соответствует инженерным погрешностям (±10%). .

Уточненная формула сезонной глубины промерзания грунта (1) и воз-

можность применения метода суперпозиций позволяют более точно проводить

расчет температуры жидкости, перемещаемой по подземным трубопроводам. В

частности, для нефти изменение температуры находится по формуле В.Г.Шухова:

Рис. 5. Результирующее температурное поле грунта вокруг канала теплопроводов полученное:

I- по экспериментальным данным (пунктирные линии); 2- по результатам расчета (сплошные линии).

Знание закономерностей изменения температуры нефти или других пере-

мещаемых нефтепродуктов позволяет выявить время безопасной остановки

В инженерных расчетах при заданной температуре внутренней поверх-

ности наружных ограждений максимально - допустимый расход инфильтруюшегося воздуха определяют по формуле:

Результаты проведенного в диссертации расчета температурного поля в ограждении при фильтрации воздуха приведены на рисунке 7. При эксфильтрации наблюдается обратное явление - температура в каждом сечении ограждения, в том числе на внутренней поверхности, понижается, поскольку теплота расходуется на нагрев холодного наружного воздуха.

Рис.7. Температурное поле в ограждении при фильтрации воздуха

Тепловой поток в любом сечении составляет

Влияние потока фильтрующегося воздуха на трансмиссионный перенос теплоты через ограждение удобно характеризовать коэффициентом порового охлаждения ε. KO-

рис.8. Из графика видно, что с увеличением инфильтрации при значениях χ > 4 теплопотери практически определяются только переносом теплоты воздухом, при эксфильтрации при χ < - 4 трансмиссионные теплопотери за счет разности наружной и внутренней температур практически отсутствуют.

Заштрихованная область показывает тепловой эффект порового проветривания, т.е. экономию теплоты при поровом проветривании по сравнению с суммарным расходом теплоты при обычном проветривании. Представляет интерес случай сквозного проветривания помещения, когда потоки инфильтраиионного воздуха через ограждение равны. В таком случае относительное увели-

Рис.8. Относительные затраты тепла при различных фильтрационных режимах (коэффициенты порового охлаждения):

1- инфильтрация через пористую стенку; 2 -эксфильтрация через пористую стенку; 3 - затраты тепла на трансмиссионные теплопотери и на нагрев приточного вентилционного воздуха; 4 - затраты тепла на нагрев только приточного вентиляционного воздуха; 5 - трансмиссионные теплопотери; 6 - затраты тепла при сквозном проветривании помещения; I - уменьшение общих затрат тепла при инфильтрации; II -то же, при эксфильтрации

Максимальный тепловой эффект порового проветривания достигается при относительном коэффициенте фильтрационного теплоообмена χ =1,8, и

составляет 23,1% от суммарных тсплопотерь:

Распределение полей упругости водяного пара для любой области попе-

речного сечения ограждения О < RП > RП.О при инфильтрации, когда начало координат расположено со стороны фильтрации наружного воздуха, описывается

формулой

адля случая эксфильтрации:

потребляемая электродвигателями насосов.

Результаты анализа экономической эффективности и экологической безопасности инженерных систем жизнеобеспечения позволили выявить следующее: энергопотребление насосных станций является прямой зависимостью от кинематической вязкости перекачиваемой среды. Поэтому подтверждается экономическая целесообразность проведения инженерных мероприятий по заглублению нефтепродуктопроводов ниже глубины промерзания сезоннопромерзающих грунтов при новом строительстве, а также обваловке существующих нефтепроводов на участках мелкого залегания.

Внедрение полученных результатов осуществлялось путем обваловки нефтепродуктопроводов на участках с недостаточной глубиной залегания в ОАО «Верхневолжские магистральные нефтепроводы». На трассе Альметьевск - Горький (534-536км) завершены инженерные, экологические решения по защите от разлива нефти. Сметная стоимость проекта 543 тыс. руб.

Разработанные нами мероприятия по заглублению нефтепроводов на участках мелкого залегания приняты для использования на нефтепроводах Горький- Ярославль, СургутПолоцк, Горький - Рязань -1,2 в ОАО BMH и его филиалах. Сметная стоимость проекта 750 тыс. руб.

19

Основные выводы:

1. На основе научно обоснованной физико-математической модели получена зависимость текущей глубины промерзания грунта, позволяющая рассчитывать уточненные значения текущей глубины промерзания при фазовых превращениях поровой воды и с учетом начала момента наступления отрицательных температур наружного воздуха.

2.Уточнение физико-математической модели температурного режима неотапливаемых и отапливаемых герметичных и вентилируемых подземных сооружений позволило выявить отклонения фактических температур от расчетных при отказе от учета различий теплофизических характеристик материалов ограждающих конструкций и грунта подземных сооружений: увеличение безразмерного времени Fo1 приводит к уменьшению относительных ошибок расчета температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха; уменьшение значения Fo1 соответствует увеличению относительных ошибок значений температур поверхностей и воздуха сооружений.

3.Совокупность полученных теоретических и экспериментальных температурных полей в грунте позволила установить, что температурное поле вокруг каналов теплопроводов можно представить с достаточной для инженерных расчетов точностью в виде суммы двух температурных полей: образованного влиянием самого канала теплопровода; естественно полученного текущего температурного поля грунта, зависящего от сезонных колебаний температур наружного воздуха. Метод суперпозиций и замены нестационарных тепловых состояний рядом последовательных установившихся состояний применим для прямоугольных каналов теплопроводов.

4.Экономическая эффективность трубопроводного транспорта зависит or режима течения нефти, который, в основном, определяется ее кинемати-

20

ческой вязкостью. Количественно определены участки трубопроводов с турбу-

лентным (гидравлически наиболее выгодным) и ламинарным режимами движе-

ния нефти,

5.Разработана методика теплофизического расчета воздухопроницаемых наружных ограждений в условиях инфильтрации и эксфильтрации наружного воздуха. Количественно выявила эффект поровой фильтрации воздуха через наружные ограждающие конструкции. Максимальный тепловой эффект порового проветривания достигает 23,1% от суммарных теплопотерь здания.

6.Разработанная методика определения энергоемкости станций по перекачке нефтепродуктов показывает целесообразность и необходимость инженерных мероприятий по поддержанию стабильного температурного режима путем обваловки нефтепродуктопроводов на участках мелкого залегания.

7.Разработаны и внедрены в практику проектирования и строительства инженерные решения, направленные на повышение экологической безопасности инженерных систем жизнеобеспечения:

-заглублениенефтепродуктопроводовнаучасткахмелкогозалегания;

-защита окружающей среды от разлива нефти путем устройства защитных дамбиземляныхамбаров.

Список публикаций по теме диссертации

1. Веселов. H.П. Минимальное заглубление подземных обслуживаемых сооружений //ВИУ Научно-технический сборник №2, 2000 - Москва, С. 139-143.

2.Веселов H.П. Анализ температур поверхностей ограждающих конструкций и воздуха подземных сооружений// ВИУ, Научно-технический сборник №2 -- Москва, 2001.-C. 134-139.