Динамика тепломассообменных процессов и теплосилового взаимодействия промерзающих грунтов с подземным трубопроводом

• Автор: Михайлов, Павел Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МОДЕЛИ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ГРУНТАХ. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА С ГРУНТОМ В УСЛОВИЯХ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ
1.1. Модели и методы расчета процессов тепломассобмена в мерзлом и талом грунте
1.2. Теплофизические свойства мерзлых и талых грунтов
1.3. Массоперенос в мерзлых и талых грунтах
1.4. Теплосиловое взаимодействие промерзающих и протаивающих грунтов с подземным трубопроводом
1.5. Экспериментальные исследования теплосилового взаимодействия грунтов с трубопроводом
1.6. Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОСИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНОГО
ТРУБОПРОВОДА С ПРОМЕРЗАЮЩИМ ГРУНТОМ
2.1. Экспериментальный стенд для исследования параметров теплосилового взаимодействия
2.1.1. Конструкция климатической камеры
2.1.2. Конструкция лотка
2.1.3. Система терморегулирования модельного трубопровода
2.1.4. Автоматизированная система мониторинга температуры грунта и модельного трубопровода
2.1.5. Система измерения вертикального перемещения трубопровода
2.1.6. Измеритель влажности талого грунта
2.1.7. Система мониторинга давлений в грунте
2.1.8. Система измерения деформации модельного трубопровода
2.2. Методика проведения экспериментального исследования теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с промерзающим глинистым грунтом
2.3. Экспериментальное исследование параметров теплосилового взаимодействия подземного модельного трубопровода с глинистым грунтом
2.4. Результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. ТЕПЛОСИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА С ОКРУЖАЮЩИМ ЕГО МОРОЗНОПУЧИНИСТЫМ ГРУНТОМ
3.1. Физическая модель тепломассопереноса в грунте
3.2. Уравнение баланса массы фаз в контрольных объемах
3.3. Уравнение баланса внутренней энергии многофазной среды в контрольных объемах
3.4. Граничные и начальные условия задачи нестационарного тепломассопереноса в грунтах
3.5. Силовое взаимодействие подземного трубопровода с морозопучинистым грунтом
3.6. Расчетная схема теплосилового взаимодействие подземного трубопровода с морознопучинистым грунтом
3.7. Результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. РАСЧЕТНО - ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОСИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНОГО
ТРУБОПРОВОДА С ОКРУЖАЮЩИМ ГРУНТОМ
4.1. Численная реализация модели теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с окружающим грунтом
4.2. Сопоставление модели теплосилового взаимодействия с данными экспериментального исследования

4.3. Исследование влияния температуры трубопровода и температуры наружного воздуха на параметры теплосилового взаимодействия трубопровода с грунтом
4.4. Исследование влияния интенсивности миграции влаги на параметры теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с грунтом
4.5. Исследование влияния толщины снежного покрова на параметры теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с грунтом
4.6. Результаты и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

существует ряд зарубежных работ [94, 97, 103, 104, 114, 116, 121, 122, 126, 129, 133].
Существует несколько категорий алгоритмов для решения теплофизической задачи о динамике температурного поля толщи грунтов вокруг заглубленного трубопровода [26]: эмпирический и
полуэмпирический, аналитический [36,68,114], численный [97,126,129], а также на основе обобщения натурных наблюдений изменения температурного поля вокруг трубопровода [58], проложенного в аналогичных геокриологических условиях. Эмпирические и полуэмпирические алгоритмы связывают процесс промерзания - оттаивания грунтов с некоторыми экспериментально установленными коэффициентами. Аналитические алгоритмы - это решение проблем теплопроводности согласно определенным научным предположениям (квазистатический метод определения ореола промерзания - оттаивания грунта вокруг трубопровода, метод разделения переменных, метод интегральных преобразований, метод интегрального теплового баланса и другие). Численные алгоритмы определяют процессы промерзания - оттаивания в грунтах методом моделирования теплофизических процессов, численно решая уравнение тепло- и массобмена. В моделировании взаимодействия трубопровода и грунта важны различные нестационарные термомеханические явления. Поля температур вокруг заглубленного трубопровода и силовое взаимодействие между трубопроводом и мерзлым грунтом были исследованы Nixon и др. (1983) [115], Konrad и Morgenstern (1982) [124], Dallimore и Williams (1984) [117], Shen и Ladanyi (1993) [118]. Nixon, Morgenstern и Reesor (1983) [115] осуществили 2-мерный расчет методом конечных элементов, чтобы исследовать трубопровод, который пересекает мерзлые и талые зоны грунта. В их работе грунт был описан моделью линейной упругости, а морозное пучение было описано моделью потенциала сегрегации, предложенной Konrad и Morgenstern (1982) [124]. В расчете трубопровод рассматривали в качестве пассивного структурного участника. Для вычисления напряжения в