Влияние нелинейности теплофизических свойств мерзлых грунтов на динамику теплосилового взаимодействия основания с горячим подземным трубопроводом

• Автор: Жолобов, Игорь Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1 ОБЗОР СПОСОБОВ И МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ, ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ ГОРЯЧИХ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 Физические и теплофизические свойства мерзлых грунтов

1.1.1 Физические свойства

1.1.2 Теплофизические свойства

1.2 Незамерзшая вода

1.3 Методы и приборы для определения коэффициента теплопроводности

1.3.1 Стационарные методы

1.3.2 Нестационарные методы

1.3.3 Обзор существующих установок для измерения коэффициента теплопроводности
1.4 Обзор методик теплотехнических расчетов подземных горячих трубопроводов
1.5 Определение напряженно-деформируемого состояния трубопроводов
1.5.1 Обзор методик оценки напряженно-деформируемого состояния подземных трубопроводов
1.5.2 Сравнение программных комплексов для расчета напряженно-деформируемого состояния трубопровода
1.6 Выводы по первой главе
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

2.1 Необходимость измерения коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов
2.2 Методика определения коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов
2.3 Схема экспериментальной установки по определению коэффициента теплопроводности
2.3.1 Термостатирующая камера
2.3.2 Блок питания
2.3.3 Блок управления и индикации и измерительная ячейка
2.3.4 Датчики температуры
2.3.5 Мультиметр
2.4 Подготовка образцов грунта к эксперименту
2.5 Подготовка экспериментальной установки к проведению исследования
2.6 Проведение эксперимента и обработка полученных данных
2.7 Определения количества незамерзшей воды в грунтах
2.8 Сравнение полученных результатов с литературными данными
2.9 Оценка неопределенности измерения коэффициента теплопроводности..
2.10 Выводы по второй главе
ГЛАВА 3 ТЕПЛОСИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОДЗЕМНОГО ГОРЯЧЕГО ТРУБОПРОВОДА С МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМИ ГРУНТАМИ
3.1 Влияние значения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты теплотехнических и прочностных расчетов
3.1.1 Влияние значения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты теплотехнических расчетов
3.1.2 Влияние способа определения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты теплотехнического расчета подземного горячего
трубопровода

3.1.3 Влияние значения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты оценки напряженно-деформируемого состояния подземного трубопровода
3.2 Методика оценки теплосилового взаимодействия подземного горячего трубопровода с многолетнемерзлыми грунтами
3.3 Выводы по третьей главе
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А

Схемам расчета и методам силового взаимодействия грунтов с подземными трубопроводами посвящены труды: А.Б. Айнбиндера [7], В.В. Алешина [9], П.П. Бородавкина [11, 13, 74], А.Г. Гумерова [17, 36], А.Д. Дорогина [84], P.M. Зарипова [69], И.А. Иванова [77], В.Е. Селезнева [9], и др.
Расчеты нагрузок на трубопровод представлены в исследованиях: А.Б. Айнбиндера [7], Х.А. Азметова [72], П.П. Бородавкина [11, 13, 74], Л.И. Быкова [75], А.Г. Гумерова [17, 36], Э.М. Ясина [48] и др.
Проблемам при расчётах НДС подземных трубопроводов посвящены труды: А.Б. Айнбиндера [7], П.П. Бородавкина [11, 13, 74], А.Г. Гумерова [17, 36]. Также по вопросу теплосилового взаимодействия грунтов с подземным трубопроводом существует ряд зарубежных трудов [103, 111, 112].
Представленные выше методики учитывают достаточно полно описывают прочностные расчеты трубопроводов различного назначения, но автором работы будет предложен новый подход к прочностным расчетам трубопроводов сооружаемых на структурно неустойчивых грунтах, в частности подверженных растеплению, который позволит в значительной мере снизить трудозатраты при вычислениях.
1.5.2 Сравнение программных комплексов для расчета напряженно-деформируемого состояния трубопровода
Оценку напряженно-деформируемого состояния горячего подземного трубопровода при просадках его основания возможно на основе модели нелинейного взаимодействия нефтепровода с грунтом [90]. В виду чрезмерно высокой трудоемкости, построение подобных моделей возможно в ряде программных комплексов, например в CPipe, СТАРТ и ANSYS.
В программном комплексе CPipe, автоматизированной системе расчета НДС трубопроводных систем, жестко заложен вид пружин с нелинейными характеристиками. Поэтому моделирование сопротивления грунта «вниз» пружиной с характеристикой в явном виде невозможно. В программном комплексе