Компьютерное моделирование тепломассопереноса в грунтах под сооружениями, построенными на вечной мерзлоте с использованием сезонных охлаждающих устройств

• Автор: Спасенникова, Клавдия Анатольевна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Литературный обзор и постановка задачи

1.1. Сезоннодействующие охлаждающие устройства

1.2. Задача Стефана

1.3. Постановка задачи

ГЛАВА 2. Расчет сооружений, построенных на вечной мерзлоте

2.1. Расчет нефтяного резервуара на Уренгойском месторождении

2.2. Расчет Пожарного Депо на Ванкорском месторождении

2.3. Расчет емкости с нефтью объемом 50000м3 на Варандейском
месторождении
ГЛАВА 3. Стохастический прогноз
3.1. Стохастический прогноз для системы «емкость с нефтью - СОУ - грунт» на Варандейском месторождении
3.2. Стохастический прогноз для системы «емкость с нефтью - ГЕТ- грунт» на Ванкорском месторождении
3.3. Зависимость температурных полей в грунте от времени функционирования системы «сооружение — ГЕТ - грунт»
3.4. Анализ влияния системы ГЕТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Освоение природных ресурсов Арктики и приполярных регионов сопровождается масштабным строительством в условиях вечномерзлых грунтов. Для укрепления оснований зданий и сооружений, построенных на вечной мерзлоте, используется метод замораживания грунтов под этими основаниями. Замораживание грунтов производится либо с помощью холодильных машин, либо с помощью сезонных охлаждающих устройств (СОУ), не требующих затрат электрической энергии. Использование СОУ не только позволяет экономить электрическую энергию, но и производить охлаждение грунтов в районах, где электричество не доступно, например, на нефтепроводах и газопроводах. При этом для замораживания больших площадей используются горизонтальные естественнодействующие трубчатые системы (ГЕТ), разработанные в ООО НПО «Фундаментстройаркос», они подробно описаны в главе 1. Прогнозированию работы именно этих систем и посвящена данная диссертация.
Цель и задачи работы. Целью работы является проведение теоретических исследований процессов теплообмена в сложной инженерной системе «грунт -ГЕТ - сооружение, построенное на вечной мерзлоте», которые учитывали бы стохастичность таких параметров задачи, как скорость ветра, температура воздуха и толщина снежного покрова.
Для достижения цели решены следующие задачи:
1. Создана программа «ЗФйазбс - 30», позволяющая моделировать работу СОУ под зданиями и сооружениями.
2. Решена задача Стефана с учетом случайных изменений метеорологических характеристик.
3. Стохастическими методами с использованием метеорологических данных и технических параметров СОУ вычислена вероятность нахождения грунта в талом состоянии, в произвольной точке расчетной области.

4. Рассчитаны температурные поля под пожарным депо на Ванкорском месторождении, под нефтяным резервуаром на Уренгойском месторождении и под резервуаром с нефтью на Варандейском месторождении.
Научная новизна.
1. Создана методика расчета, позволяющая рассчитать теплообмен между системой ГЕТ и грунтом, а также теплообмен между грунтом, атмосферой и сооружением, построенном на вечной мерзлоте.
2. Предложен метод стохастического прогнозирования состояния грунтов, органично сочетающий в себе детерминистский подход математической физики с методами математической статистики. Однако, в отличие от стандартной статистики объектами изучения в данном случае являются не случайные величины, а трехмерные температурные поля. Важно, что они к тому же удовлетворяют условиям решения задачи Стефана. Метод стохастического прогнозирования позволяет получить одновременно большое количество 30 температурных полей, с учетом всех возможных вариантов изменения во времени скорости ветра, температуры воздуха и толщины снежного покрова. Полученная совокупность 30 температурных полей, позволяет вычислить в каждой точке пространства вероятность нахождения грунта в талом или мерзлом состоянии и оценить эффективность проектируемой системы ГЕТ.
Достоверность. В диссертационной работе проведено сравнение теоретических данных с показаниями термометрических датчиков на конкретных объектах. Среднеквадратичное отклонение теоретических данных от экспериментальных в большинстве случаев меньше 1.5°С и, как правило, по порядку величины совпадают с точностью измерения температуры в термометрических скважинах, что говорит о хорошей достоверности полученных результатов.
Практическая ценность. Разработанный метод расчета позволяет с достаточной точностью прогнозировать динамику изменения температурных полей в грунтах с применением систем ГЕТ и может быть использован при

Рис.2.1.4.в. Температурное поле на уровне термоскважин №365 и №368 на
января 1990г.