Методика оптимального регулирования температурного режима подземных сооружений Севера : на примере подземных холодильников

• Автор: Романова, Елена Константиновна
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ РЕГУЛИРОВАНИЮ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ
1.1 Подземное аккумулирование естественного холода
1.2 Условия хранения замороженных продуктов
1.3 Опыт строительства и эксплуатации подземных холодильников в области распространения вечной мерзлоты
1.4 Способы регулирования теплового режима подземных холодильников
1.5 Теоретические исследования теплового режима подземных холодильников криолитозоны
1.6 Теплоизоляция устьевых частей вскрывающих выработок
в условиях криолитозоны
1.7 Постановка задач исследований
2 НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОДЗЕМНОГО ХОЛОДИЛЬНИКА
2.1 Условия и методика проведения натурных исследований
2.2 Анализ изменения температуры воздуха в выработках в течение 1997-1998 гг
2.3 Анализ результатов измерений температуры породного массива
2.4 Мероприятия по обеспечению устойчивости устьевой части штольни подземного холодильника
3 ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА КАМЕР ПОДЗЕМНЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ КРИОЛИТОЗОНЫ
3.1 Математическая модель теплообменных процессов в камере подземного холодильника
3.1.1 Постановка задачи

3.1.2 Моделирование процесса распространения тепла в горном массиве
3.1.3 Моделирование процесса распространения тепла в замороженном продукте
3.1.4 Моделирование изменения температуры воздуха внутри камеры
3.1.5 Алгоритм решения задачи конечно-разностным методом
3.1.6 Адекватность математической модели
3.2 Прогнозирование температурного режима камеры подземного холодильника
3.2.1 Подземный холодильник с естественным тепловым режимом
3.2.2 Определение тепловых нагрузок на холодильное
оборудование
3.2.3 Температурный режим камеры подземного холодильника
при аварийном отключении холодильных установок
3.3 Задача оптимизации параметров регулирования температурного режима камеры подземного холодильника
3.4 Программный комплекс Лей
4 ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ УСТЬЕВОЙ ЧАСТИ ШТОЛЬНИ ПОДЗЕМНОГО ХОЛОДИЛЬНИКА
4.1 Математическое моделирование теплообменных процессов в устьевой части штольни подземного холодильника
4.1 Л Алгоритм решения задачи конечно-разностным методом
4.2 Влияние природных, конструктивных и технологических условий на сезонное протаивание устья штольни подземного холодильника
4.3 Задача оптимизации параметров теплоизоляции склона вокруг входа в штольню
4.4 Программный комплекс ЕпПЛЫлд
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Обеспечение энергетически эффективной и безопасной эксплуатации шахт, рудников и подземных сооружений различного назначения на Севере является одной из важнейших проблем горной науки и практики, успешное решение которой позволит улучшить экономические показатели работы горных предприятий, снизить энергетические и материальные затраты.
Одной из энергосберегающих технологий тепло- и холодоснабжен ия является аккумулирование тепловой энергии в массиве горных пород. Ярким примером использования данной технологии являются подземные холодильники криолитозоны, предназначенные для хранения замороженного продукта в летний период. Низкая естественная температура породного массива и значительная его теплоемкость позволяют накопить существенный запас холода в течение зимы и сократить энергозатраты на обеспечение требуемой температуры хранения продуктов в течение летнего времени.
Важнейшим требованием к длительной безопасной эксплуатации подземных сооружений криолитозоны является обеспечение устойчивости вскрывающих (входных) выработок, которые подвержены негативному воздействию ряда атмосферных факторов. Наиболее опасным является растепляющее воздействие атмосферного воздуха, приводящее к оттайке пород в летний период, что может привести к аварийным ситуациям. Одним из эффективных способов обеспечения устойчивости устьевых частей подземных выработок является теплоизоляция окружающих пород. Управляя термическим сопротивлением теплоизоляционного слоя можно сохранить мерзлое состояние пород или уменьшить глубину оттаивания до значений, при которых аварийные ситуации не возникнут.
Отсутствие научно обоснованных методик оптимального регулирования температурного режима выработок подземных холодильников криолитозоны требует постановки специальных исследований, направленных на совершенствование режимов естественной хладозарядки, летней эксплуатации и на обес-
Расчетный метод, разработанный Ю.Д. Дядькиным, не может быть непосредственно использован для оценки теплового режима подземных холодильников из-за существенных различий условий тепло- и массообмена в этих сооружениях и шахтах Севера [8]:
- наружный воздух поступает в выработки холодильников только в период естественной хладозарядки, длительность которой обычно не превышает 40% от всей длительности годичного цикла;
- в период летней эксплуатации воздух в подземном холодильнике остается неподвижным;
- в период летней эксплуатации фазовые переходы влаги в породном массиве, окружающем выработки холодильника, отсутствуют
В работах [50-55] А.Ф.Зильберборд рассмотрел условия формирования и поддержания теплового режима подземных холодильников криолитозоны с учетом заданного температурного режима в его камерах-хранилищах. На основании большого количества тепловых расчетов, выполненных на гидроинтеграторе системы B.C. Лукьянова, был сделан вывод, что даже в самых благоприятных условиях требуемый температурный режим в выработках подземного холодильника (не выше -18°С) можно поддерживать в течение года только при совместном использовании естественной хладозарядки и работы холодильных машин.
В.А.Бобковым [56] и другими исследователями ВНИИ холодильной промышленности были проведены научно-исследовательские работы по использованию естественного холода для сохранения продовольствия, технологии холодильной обработки продовольствия, разработке новых типов ледяных и подземных холодильников.
Исследования теплового режима подземных холодильников в природных условиях Якутской АССР проводились в 1966-1969 гг. в Институте мерзлотоведения СО АН СССР Б.В. Шургиным под руководством Н.С. Иванова. Изучение тепловых процессов осуществлялось путем математического моделирования на универсальной аналоговой сеточной модели УСМ-1. В результате ана-