Расчетная схема теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с морознонучинисгым грунтом
Где h — высота контрольного объема в талом состоянии грунта. Подобласть расчетной области задачи тепломассопереноса в грунте, реализуемого в условиях теплового взаимодействия морознопучинистого грунта с трубопроводом в некотором сечении, соответствующем координате z трубопровода, изображена на рис. 6.4. Как видно из этого рисунка, рассматриваемая подобласть ограничена сверху нижним полупериметром… Читать ещё >
Расчетная схема теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с морознонучинисгым грунтом (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Увеличение объема грунта, вызванное морозным пучением, происходит вследствие кристаллизации жидкой влаги, содержащейся в поровом пространстве грунта. При этом в поровом пространстве остается часть жидкой влаги. Объем порового пространства некоторого объема V грунта рассчитывается как: V = V? т, где т — пористость грунта. Объем, занимаемый влагой Ve в объеме грунта V, рассчитывается как: Vя = тв / р° = pe-V / р°е, а объем, занимаемый льдом, равен V1 -m jр = p4-V/р. Пучение грунта объемом V произойдет в том случае, если суммарный объем, занимаемый льдом и жидкой влагой (V,+VH), превысит объем порового пространства грунта. Считая, что увеличение объема происходит только в вертикальном направлении, можно записать:
где 5 — площадь основания рассматриваемого объема грунта V; Ah — прирост высоты рассматриваемого объема грунта V. Выражая Ah из (6.21) получим:
где h — высота контрольного объема в талом состоянии грунта. Подобласть расчетной области задачи тепломассопереноса в грунте, реализуемого в условиях теплового взаимодействия морознопучинистого грунта с трубопроводом в некотором сечении, соответствующем координате z трубопровода, изображена на рис. 6.4. Как видно из этого рисунка, рассматриваемая подобласть ограничена сверху нижним полупериметром трубы, снизу — нижней границей расчетной области, с боков — вертикальными прямыми, проходящими через боковые образующие трубопровода. В результате численного решения описанной в этой главе задачи тепломассопереноса, на каждом п-ом временном шаге определяются значения приведенной плотности льда и влаги /Уд для каждого //-го контрольного объема расчетной области.
Рис. 6.4. К определению высоты свободного пучения грунта
Выделив контрольные объемы, принадлежащие рассматриваемой подобласти, рассчитаем величину свободного пучения Д/?, уЛ) в каждом контрольном объеме выделенной подобласти. Эта величина, с учетом (6.22), вычисляется по формуле:
где тц — пористость грунта в //'-ом контрольном объеме, Ау у — вертикальный размер //'-го контрольного объема.
Среднюю величину свободного пучения грунта в выделенной подобласти на //-ом временном шаге рассчитаем по выражению:
где обозначения TV и М (/) представлены на рис. 6.4.
В реальных условиях участок трубопровода, подверженный силам морозного пучения грунта, как правило, имеет небольшую протяженность (до 100 м). В связи с этим можно считать распределение температуры трубопровода на данном участке постоянным. Кроме того, предполагая теплофизические свойства грунта изотропными на протяжении всего участка, естественно распространить полученное распределение полей температуры, приведенной плотности влаги, приведенной плотности льда на весь рассматриваемый участок.
Таким образом, в условиях теплосилового взаимодействия, с учетом (6.24), уравнение (6.19) запишется в виде:
Это уравнение позволяет определять высотное положение и дополнительные продольные напряжения в стенке трубопровода для //-го временного шага.