Влияние внутренних устройств термостабилизатора на процессы теплопереноса в двухфазных системах
И.П. Рило (Lpolirorip@gmail.com)
К.А. Желудкова
Д.А. Клещин
Проблема поддержания отрицательной температуры мерзлых пород для обеспечения надежности геотехнических систем в криолитозоне, является актуальной для отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства. Одним из направлений решения проблемы являются использование работы гравитационных сил и криогенного ресурса на основе гладкостенных термостабилизаторов, разработка современных инженерных решений и технологии строительства на вечномерзлых грунтах. В работе рассмотрено влияние внутренних устройств термостабилизатора на процессы теплопереноса в двухфазных системах. На основе полученных результатов исследовано влияние стратификации температуры в объеме и геометрии на характеристики теплопередачи. Установлено влияние материала стенок внутреннего устройства (трубки) на величину градиента и распределение температуры по длине термостабилизатора.
Ключевые слова: Активная термостабилизация грунтов, вечномерзлые грунты, внутреннее устройство, двухфазная система, термостабилизатор
Введение
Одним из наиболее применяемых и эффективных методов инженерной защиты несущей способности фундаментов зданий и сооружений в криолитозоне является технология и технические средства активной термостабилизации грунтов оснований. Принятие оптимальных проектно-технических решений, а также методика оценки эффективности применения данной технологии и технических устройств не в полной мере отражены в современной научно-технической и нормативной литературе.
Технические решения компании ООО НПО «Фундаментстройаркос» (ФСА) в виде унифицированных сезонных охлаждающих устройств (СОУ) с различной единичной мощностью имеют наибольшее значение при новом строительстве, поскольку предназначены для замораживания и температурной стабилизации грунтов основания в определенном температурном диапазоне с прогнозом состояния объектов на среднесрочную перспективу. Применяемый компанией системный подход в процессе фундаментостроения в единой цепи: научные исследования – практические разработки – проектирование – строительство – передача в эксплуатацию, позволяет обеспечивать надежность и долговечность объектов и экономит затраты. При этом соблюдается качество природно-технических геосистем – оснований, фундаментов, инженерных сооружений и природных объектов. При проведении исследований учитывались особенности процессов переноса в двухфазных системах, которые имеют место в термостабилизаторах (ТС) различных конструкций. Характер двухфазных систем в значительной мере определяется воздействием гравитационных сил на формирование соответствующего распределения паровой и жидкой фаз на различных участках термостабилизатора. Влияет на двухфазную систему также: степень заполнения внутренней полости термостабилизатора хладагентом, влияющая на циркуляцию хладагента, род хладагента, геометрические размеры термостабилизатора и его расположение в пространстве, наличие внутренних устройств, соотношение условий подвода и отвода теплоты к термостабилизатору [Безродный и др. 2005].
Необходимым условием работы термостабилизатора является такое соотношение условий подвода и отвода теплоты, которое обеспечивает для определенного хладагента термодинамическое состояние системы, соответствующее двухфазной области состояния вещества. Практически исследовались системы с поверхностью раздела фаз и разделяющимися холодными и нагретыми потоками жидкости в сечении термостабилизатора. Основные особенности процессов переноса в таких системах по сравнению с процессами переноса в подобных известных канонических системах заключаются: во взаимном влиянии этих систем, определяемом замкнутостью внутренней полости термостабилизатора; во взаимном влиянии геометрических параметров и физических свойств рабочих жидкостей; в стесненном характере условий для развития процессов парообразования и гидродинамики течения фаз; в специфике формирования двухфазной системы [Нiebег & Gebhart 1971]. Наличие указанных особенностей требует соответствующей постановки исследований и изучения процессов тепломассопереноса как в отдельных вышеуказанных двухфазных системах, выделяя их как самостоятельные объекты исследования, так и в условиях их сов