Научная статья на тему 'Параметры теплоизоляции при промерзании грунтов на допустимую глубину'

Параметры теплоизоляции при промерзании грунтов на допустимую глубину Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
201
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОМЕРЗАНИЕ / ГРУНТ / ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ СКЛАДОВ-ОТВАЛОВ.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Дугарцыренов А. В., Бельченко Е. Л.

Проведена оценка глубины промерзания массива горных пород при наличии на ее поверхности теплоизоляционного покрытия.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Параметры теплоизоляции при промерзании грунтов на допустимую глубину»

----------------------------------------------------- © А.В. Дугарцыренов,

Е.Л. Бельченко, 2009

УДК 622.02

А.В. Дугарцыренов, Е.Л. Бельченко

ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПРИ ПРОМЕРЗАНИИ ГРУНТОВ НА ДОПУСТИМУЮ ГЛУБИНУ

Сообщение 1

Проведена оценка глубины промерзания массива горных пород при наличии на ее поверхности теплоизоляционного покрытия.

Ключевые слова: промерзание, грунт, теплоизоляция складов-отвалов.

A. V. Dugartsirenov, E.L. Belchenko

THE HEAT INSULATION PARAMETERS DURING THE SOIL FREEZING TILL THE PERMISSIBLE DEPTH Message 1

The depth of rock massif’s freezing given the heat-insulating coating on its surface is estimated.

Key words: freezing, soil, heat insulation of the dump storage areas.

Геплоизоляция оказывает существенное влияние на процесс промерзания (оттаивания) грунтов. Наличие естественного (снежного покрова) и искусственных теплоизоляционных покрытий влияет на глубину сезонного промерзания грунтов. Интерес к исследованиям процессов сезонного промерзания грунтов возрос в последнее время в связи с проблемой глобального изменения климата. Математические модели этих процессов достаточно сложны и в настоящее время изучаются в основном численными методами [1,2 и др.].

При разработке россыпных месторождений для продления промывочного сезона создают склады-отвалы золотоносных аллювиальных пород, причем с целью предотвращения их промерзания используют теплоизоляционные покрытия. Ранее было показано, что при этом полное предотвращение промерзания возможно только при значительной

толщине такого покрытия, что экономически нецелесообразно [3]. Современные средства рыхления позволяют разрабатывать россыпные месторождения при толщине промерзшего слоя до 1,5 м.

В данной работе дан аналитический метод инженерной оценки промерзания аллювиальных пород склада-отвала на допустимую глубину при наличии искусственного теплоизоляционного покрытия заданной толщины.

Предварительно рассмотрим метод эквивалентного слоя, применяемый при расчете промерзания грунтов [4]. Сущность метода заключается в замене реального теплоизоляционного покрытия толщиной ё и теплопроводностью

(рис. 1, а) на фиктивное покрытие толщиной I э, теплопроводность которого равна теплопроводности мерзлой породы Л1 (рис. 1, б). Величина 1э определяется из равенства тепловых потоков q1 и q2 на нижней границе теплоизоляционного покрытия в стационарном состоянии

ГГ _ГГ ГГ _ГГ 2

Л = 4 -“у-- <=> >

где Тв - температура окружающей среды (воздуха).

Рис. 1. Схема к расчету толщины эквивалентного слоя

4,М

1.5

1.25

0.75

0.5

0.25

1 - СІ = 0,1 м; 2 - сі = 0,2 м; 3 - сі = 0,3 м; 4 - сі = 0,4 м

2^

3^,

25

50

75

100

125

150 175

?,сут

Рис. 2. Зависимости глубины промерзания массива от времени при разных толщинах теплоизоляционного покрытия

В частном случае, когда начальная температура породы равна температуре фазового перехода Гф, имеем следующее условие на границе промерзания

^ТТ-^ГрТ, і; + (!э ф ді

(1)

перехода «вода - лед», Дж/кг.

Решение уравнения (1) имеет вид

£«)=^2А1 + е\-е„

(2)

где А =

Рис. 3. Зависимость глубины промерзания массива от времени при отсутствии покрытия

Графические зависимости ), полученные расчетом по формуле (2) при ЛИ = 0,1

Вт/(м • К) (свежевыпавший снег), представлены на рисунке 1. Зависимость при отсутствии тепло-

изоляционного покрытия дана на рис. 2. Если в качестве теплоизоляционного покрытия использовать искусственные материалы с малой теплопро-водностью, например пенополистирольные щиты, то толщина покрытия будет существенно меньше.

Характер одновременного влияния толщины теплоизоляционного покрытия и времени промерзания на изменение глубины промерзшего слоя можно видеть на трехмерном графике, представленном на рисунке 3. Как следует из рис. 1 и 3, величина £ практически линейно зависит от времени промерзания и имеет место резкое ее уменьшение по мере роста Рис. 4. Влияние толщины покрытия и времени на глубину толщжы помытая.

венное влияние на глубину промерзания оказывает

промерзания

где W - влажность породы, кг/кг; р -ее плотность, кг/м3; - теплота фазового

лопроводность покрытия.

Ли, Вт/(м • К)

Рис. 5. Влияние на глубину промерзания теплопроводности покрытия

В уравнении теплового баланса (1) предполагается, что начальная температура массива равна температуре фазового перехода, поэтому в (1) не учитывается теплота, затрачиваемая на изменение температуры массива. Учет последнего также должен приводить к уменьшению толщины теплоизоляционного покрытия.

— СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Константинов П.Я. О связи глубины сезонного протаивания с межгодовой изменчивостью средней годовой температуры грунтов.

- Криосфера Земли, 2006, т. X, №3, с. 15-22.

2. Сосновский А.В. Математическое моделирование влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата. - Криосфера Земли, 2006, т. X, №3, с. 83-88.

3. Дугарцыренов А.В., Бельченко Е.Л. О теплоизоляции складов-отвалов при разработке россыпных месторожений. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 5, 2009, с. 129.

4. Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мерзлых породах.

- М.: Научный мир, 2003. - 608 с. ЕШ

— Коротко об авторах

Дугарцыренов А.В. - докторант кафедры «Физика горных пород и процессов», Бельченко Е.Л. - профессор кафедры «Физика горных пород и процессов»,

Московский государственный горный университет, priem@msmu.u

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.