Cтраница 1
Определение теплофизических характеристик грунта является наиболее сложной и ответственной задачей, так как их значения изменяются и по глубине массива, и по длине трассы трубопровода. Кроме того, значения теплофизических характеристик грунта меняются в течение года в результате сезонной миграции влаги в грунте, вызываемой весенними паводками, дождями, колебанием температур. Свойства верхних слоев почвы, кроме того, могут изменяться даже на протяжении суток из-за конденсации влаги в порах грунта в ночные часы и ее испарения с повышением температуры днем. Наряду с этими факторами на теплофизические свойства грунта значительное влияние оказывает тепловое действие самого трубопровода. Это связано с перемещением влаги в области теплового влияния трубы, возникающим из-за температурного градиента между стенкой трубопровода и близлежащими слоями грунта. Теплофизические характеристики грунта - коэффициент теплопроводности гр, коэффициент температуропроводности агр и удельную теплоемкость сгр - определяют в результате специальных изысканий в полевых условиях или в лаборатории. Число точек измерения теплофизических характеристик грунта по трассе трубопровода и их повторяемость определяются требованиями к точности нахождения А гр, ИГР. [1]
Прямые измерения должны дополнить предшествующие им определения теплофизических характеристик грунта расчетными методами. Объем прямых измерений зависит от объема ранее полученной расчетным путем информации, специфики инженерно-геологических условий, требований к погрешности нахождения теплофизических характеристик. [2]
Лабораторные методы предполагают использование специально сконструированных стационарных установок для определения теплофизических характеристик грунта. Измерения, выполненные в этих условиях, отличаются наибольшей точностью, позволяют выяснить и оценить зависимость теплофизических свойств грунта ют различных факторов. Однако при лабораторных измерениях леизбежно происходит нарушение естественной структуры и влажности грунта, что искажает результаты. [3]
Достоверность тепловых расчетов в значительной степени зависит от точности определения теплофизических характеристик грунтов. Поэтому важно оценить - необходимую точность определения теплофизических характеристик грунта, исходя из требований, предъявляемых к точности определения температуры нефти и напора станции. В связи с этим рассмотрим, как влияет точность определения температуры нефти на гидравлические потери горячего нефтепровода. [4]
Достоверность тепловых расчетов в значительной степени зависит от точности определения теплофизических характеристик грунтов. Поэтому важно оценить - необходимую точность определения теплофизических характеристик грунта, исходя из требований, предъявляемых к точности определения температуры нефти и напора станции. В связи с этим рассмотрим, как влияет точность определения температуры нефти на гидравлические потери горячего нефтепровода. [5]
Возможен и другой способ. Таким образом, исходя из максимально возможной точности измерения ЯГр, агр, Сгр, следует оценить необходимость учета тех явлений в процессе теплообмена трубопровода с окружающей средой, влияние которых на конечный результат заведомо меньше, чем погрешность определения теплофизических характеристик грунта. В результате появляется возможность упростить расчетные формулы. [6]
Это, естественно, дает погрешности тепловых расчетов. Для определения теплофизических характеристик грунта по методу модулирующих функций необходимо умножить дифференциальное уравнение теплопроводности грунта на ядро преобразования и проинтегрировать в пределах изменения аргументов. [7]
Основное достоинство применения специального математического аппарата для определения тешюфизических характеристик грунтов состоит в том, что оно позволяет ограничить объем полевых измерений, а во многих случаях полностью их исключить, используя информацию метеостанций. В зависимости от вида интегрального преобразования различают И-метод, Р - метод, метод модулирующих функций. В указанной работе даны алгоритмы и примеры их реализации на ЭВМ и с помощью ручного счета различными методами для решения обратных задач подземной гидродинамики. Применение метода решения обратных задач с использованием интегральных преобразований для определения теплофизических характеристик грунта не вызывает затруднений, поскольку дифференциальные уравнения диффузии и теплопроводности идентичны. [8]
Грунты представляют собой многофазные дисперсные системы, в которых вещества могут находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. Процесс теплообмена в такой системе формируется под воздействием кондуктивной, конвективной, радиационной и массообменной проводимости. Учет факторов и явлений, определяющих передачу тепла в грунте, приводит к системе дифференциальных уравнений теплопроводности, массообменаг конвективного и радиационного теплообмена. Вместо указанного-подхода обычно при изучении теплообмена между трубопроводом и грунтом выбирается другой путь, а именно, многообразие всех факторов учитывается при определении теплофизических характеристик грунтов. При этом грунт рассматривается как некоторое квазиоднородное вещество1, к которому применимо уравнение теплопроводности. Выбор такого пути вызван желанием упростить изучение процесса теплового взаимодействия трубопровода с окружающей средой, который в такой общей постановке является чрезвычайно сложным. Правильность же такого подхода подтверждается тем, что влияние многих указанных факторов на передачу тепла в грунте сказывается незначительно. [9]
Естественно, что для подземного трубопровода дифференциальные уравнения тепло - и массопереноса должны быть по меньшей мере двумерными, чтобы проследить за ходом изменения влажности и температуры грунта хотя бы в сечении. Решение таких задач связано с большими математическими трудностями. Поэтому и в настоящее время при выполнении теплового расчета теплофизические свойства грунтов определяются экспериментально, путем отбора проб для исследования в лабораторных условиях, или выбираются по результатам многолетних наблюдений на действующих трубопроводах. Практика эксплуатации магистральных горячих трубопроводов, а также специальные исследования показали, что по мере прогрева грунта, окружающего трубопровод, идет перераспределение влажностно-температур-ного поля. Ближайший к трубопроводу наиболее прогретый слой грунта оказывается сухим или ( при относительно невысоких ( 300 - 320 К) температурах нагрева) подсушенным. Это приводит к изменению теплофиз ических свойств грунта в зоне влияния трубопровода и в первую очередь к уменьшению коэффициента теплопроводности грунта. Выбор теплофизических свойств грунтов для теплового расчета трубопроводов до сих пор представляет большие трудности. Имеющиеся расхождения у разных исследователей объясняются несовершенством методик измерения параметров, так как для влажных грунтов метод стационарного теплового режима приводит к заметным погрешностям из-за миграции влаги при больших градиентах температур. Но ввиду своей простоты и надежности метод стационарного режима для определения теплофизических характеристик грунтов применяется и в настоящее время наряду с зондовыми методами. Влияние р скелета грунта практически мало сказывается на численных величинах ХТР. В литературе имеется значительное число формул, для которых исходными параметрами являются пористость, порозность, коэффициент теплопроводности при фиксированных условиях и др. Такой подход является весьма сложным из-за отсутствия достоверных данных в соответствующей литературе. [10]