Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [ 101 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

воды) «а границе талой и мерзлой зон. Если изменение температуры происходит без агрегатных превращений воды (температура, изменяясь, не переходит через 0°С - основание представлено слаботрещиноватыми скальными породами и т. п.), используются известные решения А. В. Лыкова.

Так, температура нагревания днища водохранилища, сложенного скальными породами, в достаточном удалении от верхового откоса (сечение Л-Л, рис. 134) может быть определена с использованием решения А. В. Лыкова как для полуограниченного стержня с боковой теплоизоляцией:

пл. „=9,erfc-?/(arexp(-«)-exp(-ii-±)

(VIII.24)

где 9(л:, /) -температура в точке с координатой л: (глубина) к моменту времени /; 9i-темперагура поверхности дна в водохранилище (принимается постоянной); /()-начальное распределение температуры в основании; а -коэффициент температуропроводности пород основания; erfc=l-erf, где erf - интеграл ошибок Гаусса.

При постоянной температуре пород основания (0o = const) формула (VIII.24) принимает вид

б(л:, /)=(G,-eo)erfc-: + ео. (VIII.25)

2V at

Для сечения Б-Б, т. е. для основания в достаточном удалении от низового откоса используется та же формула (УП1.24), но при замене температуры поверхности дна водохранилища 0i на температуру поверхности основания в нижнем бьефе, равную 62.

Для сечения В-В протаивание замороженного верхнего клина от тепла водохранилища с учетом таяния льда в пустотах каменной наброски или грунта может рассматриваться как одномерная задача протаивания Стефана.

Тогда глубина протаивания (глубина проникания температуры 6 = 0) может быть определена по упрощенной формуле Стефана

(VIII.26)

где Ят - коэффициент теплопроводности оттаявшего грунта или каменной наброски; - скрытая теплота таяния льда; 1л -весовое содержание льда в наброске или грунте, равное

Отметим, что при определенном гранулометрическом составе каменной наброски или грунта, образующей тело плотины, необходи-

МО учитывать процессы конвективного теплообмена. Как показали исследования, проведенные в МИСИ И. В. Уховой*, нри учете конвективного теплообмена в формулу (Vin.26) для глубины протаивания каменной наброски или грунта необходимо подставлять вместо коэффициента теплопроводности оттаявшего грунта Ят, так называемую величину коэффициента эффективной теплопроводности Яэ, учитывающего конвективный теплообмен, при этом

К=9К. (Vin.27>

где ф - коэффициент увеличения теплопроводности из-за наличия конвективных токов, определяемый по формуле

ср~ 1 = 2,Ь 105 . ; (VIII.28)

1 - л2 Хт

п - пористость наброски (или грунта откоса); А -глубина рассматриваемого сечения грунта от уреза воды в водохранилище; - эквивалентный диаметр каменной наброски или грунта (по Е. А. За-марину).

При известной величине коэффициента фильтрации наброски или грунта коэффициент ф можно определить по формуле

ср---1;3,3.10-- , (VIII.29)

где k - коэффициент фильтрации.

Для формул (Vni.28) и (VIII.29) составлены графики, приведенные в указанной выше работе Н. А. Цытовича, Н. В. Уховой, С. Б. Ухова.

При величине коэффициента ф1,3 конвективный теплообмен следует учитывать.

Охлаждение гребня плотины (сечение Г-Г) и низового откоса (сечение Д-Д), а также части верхового откоса для сечений, у которых боковыми теплопотерями можно пренебречь, приближенно определяется по формуле А. В. Лыкова для полуограниченного стержня с боковой изоляцией:

е(л:, t)=dJ l~erf- V (VIII.30)

\ 2Vat )

где Q{x, t) -температура в точке на расстоянии х по нормали для времени t\ а - коэффициент температуропроводности материала откосов в мерзлом состоянии.

Формула (Vni.30) справедлива для случая, когда рассматриваемая область тела плотины имеет начальную температуру 0 = 0°, причем, вся вода в порах грунта или пустотах наброски находится в

* Н. в. Ухова. Учет конвективного теплообмена при оттаивании водонасыщенного грунта. «Материалы VIII Всесоюзного межведомственного совещания по геокриологии (мерзлотоведению)», вып. 4. Якутск, 1966.

виде льда и агрегатные превращения в ней нри дальнейшем охлаж- дении не происходят.

Протаивание части подошвы плотины (сечение Е-£), нагревание или охлаждение другой ее части (сечение Ж-Ж) под влиянием температурного поля основания и изменение температуры в основании под плотиной рассматриваются на основе уравнений теплового баланса. Подробные решения для различных случаев приведены в цитированной выше монографии Н. А. Цытовича, Н. В. Уховой и др.*, где приводятся практические рекомендации по расчету температурных полей замороженных неоднородных плотин и их оснований и результаты исследований температурного режима моделей замороженных плотин.

Отметим, что для частного случая, когда плотина и основание выполнены из одного и того же грунта с одинаковыми характеристиками материала, полное решение получено П. А. Богословским в конечных разностях (плоская задача) **.

Используя решения отмеченных относительно простых теплофизических задач, можно установить точки, соответствующие определенным температурам (0°; -Г; -2° и т. д.) и по ним, используя метод криволинейной интерполяции, построить изотермы температурного поля плотины и вечномерзлого основания. Полученная картина дает возможность судить о температурной устойчивости во времени земляной плотины и ее основания.

Для иллюстрации изложенного способа расчета температурной устойчивости плотин из местных материалов (каменной наброски), возводимых в условиях вечномерзлых грунтов, на рис. 135, 136, а также на рис. 132 показаны в изотермах по вычислениям Н. В. Ухо-вой температурные поля замороженной каменнонабросной плотины, состоящей из трех зон; каменной наброски с пустотами, заполненными льдом, ледяного ядра с потерной для принудительного охлаждения и каменной наброски.

Изотермы рис. 135 показывают, что в начальный период эксплуатации (5 лет) следует опасаться оттаивания нижней части ядра и что стационарное тепловое поле (см. рис. 132) наступает не ранее 75 лет. Сравнение изотерм рис. 132 с данными, получаемыми на электрогидроинтеграторе ЭГДА-9/60, показало близкую сходимость. Проверка в лабораторном опыте на физической модели и сопоставление с данными, полученными на ЭГДА-9/60, дало также вполне сопоставимые результаты (рис. 137).

Изложенный способ приближенной оценки температурной устойчивости плотин из местных материалов, возводимых в условиях распространения вечномерзлых грунтов, конечно, требует дальнейших ус.овершенствований и установления (на базе сравнения со строгим решением, в первую очередь, плоской задачи нестационарного температурного поля замороженных плотин) пределов применимости приближенного решения.

* См. сноску 5 на стр. 305. ** См. сноски 1 и 2 на стр. 305.