Исследование возможностей использования воздушных охлаждающих систем для регулирования температурного режима грунтовых оснований в криолитозоне

• Автор: Местников, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 .Анализ состояния вопроса и задачи исследований

1.1. Виды фундаментов зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты

1.2. Термическая устойчивость грунтовых оснований зданий и сооружений.

1.3. Охлаждающие системы и методы их расчетного обоснования

1.4. Выводы и задачи исследований

2. Аэро - термодинамические процессы в элементах воздушных охлаждающих систем

2.1. Аэродинамическая система вентилятор —» распределительный коллектор —> колонки

2.2. Тепловые процессы в вентиляторе и распределительном коллекторе

2.3. Тепловые процессы в одиночной колонке в виде рекуперативного теплообменника «труба в трубе» в режиме противотока
2.3.1. Вход воздуха в колонку через внутреннюю (центральную) трубу
2.3.2. Вход воздуха в колонку через кольцевое пространство
2.3.3. Особенности термодинамических расчетов колонок ВОС
2.3.4. Оценка условий образования инея внутри охлаждающих колонок
3. Термодинамические процессы в грунтовом массиве
3.1. Тепловые и фазовые процессы, обусловленные воздействием наружного воздуха через поверхность грунтового массива
3.2. Возможные виды кустов колонок
4. Математическое моделирование теплового взаимодействия охлаждающих колонок с грунтовыми основаниям зданий и сооружений
4.1. Математическая постановка задачи
4.2. Численная реализация модели и алгоритм решения
4.3. Анализ имеющихся данных и результаты вычислительного эксперимента
4.4. Повышение эффективности систем воздушного охлаждения грунтовых оснований
Основные выводы.. Список литературы

Введение
Актуальность темы
Для зданий и сооружений, возведенных по принципу сохранения мерзлого состояния грунтов в процессе строительства и всего периода эксплуатации, вопрос о термической устойчивости грунтовых оснований имеет существенное практическое значение. Общеизвестно, что мерзлые грунты в качестве основания надежны только при обеспечении расчетных отрицательных температур. Деградация вечномерзлой толщи или снижение ее устойчивости при повышении температуры могут привести к катастрофическим последствиям: потере несущей способности грунтов основания, недопустимым деформациям фундаментов и, как следствие, к разрушению зданий и сооружений. Это обусловливает особую актуальность задачи повышения термической устойчивости вечномерзлых грунтов с помощью специальных охлаждающих систем.
На практике из существующих типов охлаждающих систем (воздушные с принудительной циркуляцией воздуха, жидкостные с принудительной циркуляцией и с плотностной конвекцией теплоносителя, парожидкостные и др.) наиболее экологичными и простыми с технологической точки зрения зарекомендовали себя воздушные охлаждающих системы (ВОС). Однако, несмотря на большой опыт применения воздушных охлаждающих систем, их проектирование сопряжено с трудностями, связанными в основном с отсутствием достаточно достоверных методов расчета температурного поля грунта, примыкающего к колонкам охлаждающих систем. Причиной такого положения являются или рассмотрение температурного поля грунта в отрыве от сложной термодинамики охлаждающих колонок (область промышленно-гражданского строительства), или рассмотрение термодинамики при неоправданно упрощенном толковании термического режима примыкающего грунта (эксплуатация плотин мерзлого типа в системе гидроузлов).
Исходя из вышеизложенного, в диссертации предлагается метод расчета сложных аэро- и термодинамических систем с учетом всех тепловых связей меж-

ду внешней воздушной средой, колонками охлаждающих систем и грунта, примыкающего к колонкам.
Цель диссертационной работы - комплексное изучение всех аэродинамических и термодинамических элементов системы воздушного охлаждения грунтовых оснований фундаментов, то есть, системы подачи воздуха в охлаждающие колонки и самого грунтового основания.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Для создания однородного мерзлого массива необходимо модифицировать метод расчета аэродинамической системы ВОС с возможным подбором типа нагнетателя и определением параметров дроссельных устройств на входе в колонки из условия равенства в них расходов воздуха.
2. Модифицировать математическую модель теплового взаимодействия ВОС с неоднородным грунтовым массивом основания, сложенным несвязными или связными грунтами с учетом фазовых переходов вода +=* лед.
3. Обосновать технические возможности использования ВОС в промышленном и гражданском строительстве в районах Крайнего Севера, определить возможные регионы их применимости и оценить возможности повышения эффективности их применения.
Научная новизна:
1. Разработан метод расчета аэротермодинамических процессов в системе принудительной подачи наружного воздуха в колонки ВОС, позволяющий: определить рабочую точку аэродинамической системы: нагнетатель —з- распределительный коллектор —> сеть колонок; подобрать местные сопротивления на входе в колонки из условия обеспечения равенства в них расходов воздуха;
2. Создана методика определения условий возможного образования инея в охлаждающих колонках, основанная на использовании эмпирического соотношения между температурой конденсации влаги (точкой росы) и температурой и влажностью атмосферного воздуха, а также - алгоритма вычисления интенсивности теплообмена в системе охлаждения. При этом состояние атмосферы оценивается по климатическим данным.

Рис.1.24. Парожидкостные сезонно действующие охлаждающие устройства