рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Производство
/
Тепловой расчет формирования одиночного ледопородного цилиндра

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Тепловой расчет формирования одиночного ледопородного цилиндра

Тепловой расчет формирования одиночного ледопородного цилиндра - раздел Производство, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА При Замораживании Вокруг Каждой Замораживающей Колонки Формир...

При замораживании вокруг каждой замораживающей колонки формируется температурное поле, изотермы которого представляют собой в плане концентрические окружности. Температура породы непосредственно у замораживающей колонки будет на 3-5 К выше температуры хладоносителя. В радиальном направлении от центра каждой замораживающей скважины темпратура грунта повышается. На внешней поверхности каждого ледопородного цилиндра температура равна температуре фазового перехода, а далее повышается вплоть до естественной температуры массива. С течением времени замораживания радиус каждого ледопородного ограждения увеличивается, но не беспредельно. При некотором критическом радиусе количество холода, поступающего в массив, окружающий ледопородный цилиндр, будет скомпенсировано теплом геотермического теплового потока, направленного к замораживающей скважине. Из этого следует, что для образования ледопородных ограждений расстояние между смежными замораживающими скважинами должно быть значительно меньше удвоенного критического радиуса ледопородного ограждения. Только при этом условии возможно смыкание отдельных ледопородных цилиндров и образование единого ледопородного ограждения.

Породы в объеме ледопородного цилиндра или ледопородного ограждения являются мерзлыми, далее в радиальном направлении следует зона охлажденных пород и затем зона пород с нормальной для данного района температурой.

Как и ранее, условимся обозначить индексом 2 параметры, относящиеся к мерзлым породам, а индексом 3 — к талым породам. Температуру фазового перехода обозначим через Т*, начальную естественную температуру массива — через Т₀, а температуру рассола в замораживающей колонке — через Т_р.

В процессе формирования одиночного ледопородного цилиндра холод, поступающий от замораживающей колонки, расходуется на охлаждение массива в объеме замерзшей породы от температуры Т₀до температуры Т* и далее до температуры Т_р; на теплоту фазового перехода; на понижение температуры массива в зоне охлажденных пород от температуры Т₀ до температуры Т*.

Для оценки времени формирования одиночного ледопородного цилиндра предположим, что замораживающая скважина является обособленной, вода в породе не фильтрует и теплопоток, обусловленный геотермическим градиентом, отсутствует.

В математической постановке задача может быть сформулирована следующим образом: в бесконечном пространстве с температурой Т₀ и свойствами талого грунта имеется цилиндрическая полость, равная радиусу замораживающей колонки r_к; в момент времени τ= 0 на поверхности полости устанавливается температура, равная температуре Т_р; в результате охлаждения массива вокруг цилиндрической полости образуется ледопородный цилиндр переменного радиуса r_ц = f (τ); подвижная граница ледопородного цилиндра имеет температуру фазового перехода Т* ; на этой границе выделяется теплота фазового перехода L_ф, Дж/кг.

При формировании одиночного ледопородного цилиндра имеет место теплоперенос, обусловленный движением тепла к замораживающей колонке в радиальном направлении. Одновременно за счет термодиффузии имеет место массоперенос влаги в том же направлении от мест с более высокой температурой в места более холодные.

Процесс тепло- и массопереноса вокруг замораживающей колонки описывается системой дифференциальных уравнений:

при r_к <r<r_ц(3.1)

при r_ц <r<∞ (3.2)

при r_ц <r<∞ (3.3)

Для определения вокруг замораживающей колонки поля температур и поля влагосодержания необходимо решить дифференциальные уравнения (3.1)-(3.3) при следующих начальных и граничных условиях:

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

где а — коэффициент температуропроводности породы, м/с; а_m — коэффициент абсолютной термодиффузии влаги, м /с; λ — коэффициент теплопроводности породы, Дж/(м∙с∙К); δ_T — относительный коэффициент термодиффузии влаги, 1/К; U — влагосодержание породы, кг/кг; γ — плотность породы, кг/ м.

Решения дифференциальных уравнение (3.1)-(3.3) при краевых условиях (3.4)-(3.10) имеют вид:

• для оценки температурного поля в мерзлой зоне

(3.11)

• для оценки температурного поля в талой зоне

(3.12)

• для оценки поля влагосодержания в талой зоне

• для оценки влагосодержания на границе фазового перехода при r = r_ц

(3.14)

где U₀ — начальное влагосодержание породы, кг/кг; m = ; L_u — критерий Лыкова, .

Фронт продвижения границы фазового перехода г_ц определяют численным методом из уравнения

(3.15)

Для определения характера распределения температурного поля в мерзлой и талой зонах и поля влагосодержания необходимо из уравнения (3.15) определить значение r_ц при заданном τ, а затем по формулам (3.11)-(3.14) определить искомые величины. Чтобы определить время образования одиночного ледопородного цилиндра радиусом r_ц необходимо в уравнении (3.15) вместо r_ц подставить его численное значение.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Кольский филиал Петрозаводского государственного университета...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Тепловой расчет формирования одиночного ледопородного цилиндра

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Термодинамические параметры земной коры
Верхняя толща горных пород Земли называется земной корой. Земная кора простирается от поверхности Земли до границы Мохоровичича, которая отделяет земную кору от мантии Земли. Мощно

Источники тепла земных недр
Тепловое поле земной коры формируется в результате процесса теплообмена при наличии источников тепла. Теплообмен в земной коре осуществляется посредством теплопроводности, конвекции

Процессы теплопереноса в недрах Земли
Как было отмечено ранее, теплообмен в горных породах осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением. Применительно к задачам горного производства весьма важной является з

Использование тепла земных недр
Геотермальные ресурсы разделяют на повсеместно распространенные и локализованные. Повсеместно распространенные геотермальные ресурсы представлены те

Приближенные методы расчета температурных режимов при эксплуатации породных теплообменников
Если принять, что вода, фильтрующая в породном теплообменнике, нагревается только за счет тепла, заключенного в его объеме, а потеря тепла в нем компенсируется за счет подпитки теп

Разработка связных пород в период с отрицательными температурами
В России около 25-30% ежегодных объемов разрабатываемых рыхлых и связных пород на карьерах приходится на периоды года с отрицательными температурами. Еще больший объем земляных раб

Месячные колебания температуры внешней среды
Для определения зависимости изменения температуры в зимний период используем значения среднемесячной температуры в данном районе. Обозначим среднемесячные температуры с октября по

Расчет глубины промерзания связанных пород
Рассмотрим случай промерзания связной породы при открытой разработке месторождений. Сформулируем задачу: на поверхности полупространства в момент времени t=0 устанав

Полное предотвращение промерзания грунта при использовании теплоизоляционных покрытий
Рассмотрим случай, когда теплоизоляционное покрытие обеспечивает полное предотвращение промерзания грунта. Для определения толщины теплоизоляционного покрытия (d) и

Промерзание грунта на допустимую глубину при использовании теплоизоляционного покрытия
Для решения данной задачи рассмотрим модель «теплоизоляционное покрытие-промерзший грунт-талый грунт», изображенную на рис. 2.3.

Сущность способа и область его применения
Проведение горных выработок в слабоустойчивых водоносных породах невозможно без специальных мероприятий по их упрочнению и понижению водопроницаемости. При строительстве ш

Параметры образования ледопородных ограждений
Формирование ледопородных водонепроницаемых ограждений и подпорных стен производят с помощью серии замораживающих колонок, расположенных на равном расстоянии друг от друга. В этом с

Требования к тепловому режиму в подземных выработках
Тепловой режим в подземных выработках характеризуется совокупностью термодинамических параметров воздуха, окружающего массива, горной массы, машин и людей. Основными термодинамическими

Влияние теплового режима на процессы ведения подземных горных работ
Влияние теплового режима рудничного воздуха сказывается на производительности труда горнорабочих, обеспечении безопасных условий их труда, поддержании устойчивости горных выработок

Уравнения теплообмена массива с вентиляционной струей в шахтной выработке
При проветривании возможны следующие случаи взаимодействия вентиляционной струи в шахтной выработке с окружающим массивом: • стационарный режим теплообмена; • не

Теплообмен при проветривании подземных выработок
Критериальная зависимость для определения параметров теплообмена рудничного воздуха со стенками выработок имеет следующий вид:

Источники тепла в подземных выработках
Учет источников тепловыделения в выработках и определение их интенсивности необходимо для составления уравнений теплового баланса, на основании которых производят расчет необходимог

Методы нормализации температурного режима рудничного воздуха
Мероприятия по нормализации температурного режима рудничного воздуха можно разделить на два типа: 1) теплотехнические, основанные на применении различных технически

Проблемы разработки и транспортирования рыхлых и связных пород
При разработке талых рыхлых и связных пород проблемным является вопрос предотвращения налипания горной массы на рабочую поверхность добычного и транспортного горного оборудования и

Термодинамическое разрушение талых рыхлых и связных пород
Как уже указывалось, что для очистки транспортных сосудов от налипшей горной массы применяют бесконтактный термодинамический способ. В качестве генератора высокоскоростной газовой

Термодинамическое хрупкое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород
Этот способ разрушения имеет место при термическом бурении скважин в мерзлых породах, а также при термодинамической очистке рабочих поверхностей добычного и транспортного горного о

Термодинамическое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород путем оттаивания и абляции
Режим термодинамического разрушения мерзлых рыхлых и связных пород путем оттаивания и абляции имеет место при TTh < 106°С/м в процесс бурения скважин или оч

Техника и технология термодинамического разрушения талых и мерзлых пород при их разработке и транспортировании
Термодинамическое разрушение талых и мерзлых рыхлых и связных пород применительно к очистке добычного и транспортного горного оборудования от налипшей и намерзшей горной массы в нас

Коэффициенты диффузии
В выражениях для диффузионных газовых потоков коэффициенты молекулярной и турбулентной диффузии являются единственными параметрами, учитывающими свойства среды. Естественно, что э

Общие положения
Во многих случаях полезные результаты могут быть получены более простым интегральным методом. Интегральный метод, или метод усредненных характеристик, основан на том фак

Выработка как объект вентиляции
Характер проявления газодинамических эффектов в горных выработках существенно зависит от характера движения воздуха в последних. Как известно, в практике шахтной аэрологии воздушные

Ограниченные потоки в системе выработок
Возникающие в выработках с ограниченными воздушными потоками газодинамические ситуации зависят от режима вентиляции, вида источника (точечный или линейный), характера газовыделения