Введение к работе
Актуальность проблемы. Освоение нефтегазопромысловых регионов Западной Сибири связано с большими обг>емами промышленнп-гражда некого строительства и необходимостью прокладки сложной сети инженерных коммуникаций различного назначения. Капитальные затраты при сооружении инженерных сетей на грунтах составляют до 30% расходуемых на жилищное строительство и благоустройство городских территорий. В нефтедобывающем районе Западной Сибири эти затраты увеличиваются в 1,5-2 раза. Сложность проектирования и строительства инженерных сетей и дорог обусловливается заболоченностью и наличием слабых водонасыщенных грунтов с большой глубиной промерзания. По мере расширения строительства все более важное значение приобретают вопросы устойчивости, эксплуатационной надежности и экономичности инженерных сооружений, что требует разработки наиболее рациональных решений, подтвержденных технико-экономическим обоснованием.
Исходным материалом для решения любой проблемы, вызванной наличием вечной мерзлоты, должен являться правильный прогноз теплового режима грунта в течение всего периода строительства эксплуатации.
Цель работы. Расчетно - теоретическое исследование сложного теплообмена при наличии конвективного и кондуктивного механизма переноса тепла в многослойных системах (строительные материалы и грунты), изучение и анализ тепловых процессов в зоне прокладки подземных и наземных сооружений.
Задачи исследования. Для реализации поставленной пели потребовалось:
I. Проанализировать работы технического, теплофизнческого и математического характера;
2. Сформулировать и обосновать задачу о теплообмене в прямоуголь
ном канале и окружающей его многослойной системе строительных мате
риалов и грунтов;
3. Разработать алгоритм и пакет программ для компьютера, реали
зующие решение этой задачи.
-
Исследовать закономерности теплообмена системы коммуникаций, помещенных в прямоугольный канал, с окружающими грунтами и инженерными сооружениями.
-
Дать теплофизическое обоснование технологии прогрева поверхности многослойной системы и грунтов.
Методы и достоверность исследований. Для решения конкретных задач автор использовал стандартные методы и принципы современной математической физики. При постановке задач обязательным было строгое соблюдение законов сохранения и уравнений баланса энергии и массы. Переход от конечных объёмов к бесконечно малым осуществлялся в соответствии с обычными приемами механики сплошной среды. Все предположения и упрощения специально оговариваются в работе и обосновываются. В каждой задаче использовалось моделирование на ЭВМ.
Связь с тематикой научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной программы "Строительство" комплексной программы "Нефть и газ Западной Сибири", для которой привлечен коллектив ТюмГАСА.
Научная новизна. В работе рассматривается задача влияния конвективного теплообмена на поверхности грунта на формирование температурного поля в системе строительные материалы и грунт. Решается задача двумерной нестационарной теплопроводности в многослойной плоской системе с учетом фазового перехода поровой влаги в промерзающих грунтах при взаимодействии с инженерными сооружениями. В результате численного
решения оценено влияние изменения величины коэффициента теплоотдачи внутри прямоугольного канала и различия коэффициентов теплопроводности мерзлого и талого грунтов на температурный режим фунта, а так же проверена возможность допущения равенства коэффициентов теплопроводности стенок канала и грунта. Численным решением подтверждено, что конфигурация температурных полей вокруг канала теплопровода существенно отличаются от окружностей; вблизи канала теплопровода на уровне его основания наблюдается стационарность температурного режима qjyHTa. Результаты численного решения ряда инженерных задач подтверждены ранее имеющимися точными решениями или данными, полученными в течение многолетних исследований других авторов.
Практическая ценность. Предложенная теоретико -численная модель позволяет решать широкий класс инженерных задач, прогнозировать изменение теплофизического состояния грунтов и инженерных коммуникаций.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель теплообмена в многослойной системе
строительных материалов и промерзающего грунта и пакет npoqjaMM, реа
лизующих -эту молель на компьютере;
-
Теплофизнческое обоснование технологии прогрева многослойном системы строительных материалов и грунтов;
-
Анализ теплового взаимодействия системы коммуникаций с мерзлым грунтом и зданием.
Апробация и внедрение. Результаты работы выносились на обсуждение на следующих конференциях:
"Пути повышения технического уровня строительства в Тюменской области", Тюмень, ТюмИСИ, 198?г.
"Нефть и газ Западной Сибири", Тюмень, ТИ П. 1987г.
"Проблемы и практика строительства в Тюменской области", Тюмеь Тюменское управление НТО Стройиндустрни, 1990г.
Всероссийская научно-практическая конференция "Тюменская нефть вчера и сегодня", Тюменский государственный нефтегазовый универснп 1997г.
Автор выступал на научно-практических семинарах в Институте м ханики многофазных систем (г.Тюмень), Институте Теплофизики СО РА (г.Новоснбирск), на кафедре Механики грунтов, оснований и фундаменте и кафедре Теплогазовентиляции в ТюмГАСА.
Сведения о внедрении результатов, по которым имеются документі приведены в Приложении.
