Инсолар

тел: +7(499) 144-06-67
факс: +7(499)144-01-75
E-mail: com@insolar.ru

English version   Русская версия

Методика определения эквивалентной теплопроводности грунтового массива, учитывающей изменение агрегатного состояния влаги в поровом пространстве грунта


Васильев Г.П.,
Научный руководитель группы инновационных компаний "ИНСОЛАР",
д.т.н.

Одной из наиболее серьезных проблем, возникающих при моделировании теплового поведения систем сбора низкопотенциального тепла грунта при многолетней эксплуатации, является корректный учет в модели процессов, связанных с замораживанием и оттаиванием грунта – поровой влаги в грунтовом массиве.

В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника, вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно.

Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других.
Строго говоря, при моделировании теплового режима систем теплосбора, кроме учета механизмов осуществления в системе процессов тепломассопереноса, необходимо учитывать химико-минералогическую природу скелета, механическую структуру материала твердых частиц, степень дисперсности среды, форму и размер частиц и пор, число фаз, количественные соотношения между фазами и их взаимное расположение в среде, заполняющей поровое пространство, а также многие другие физико-химические параметры грунтового массива.
Детальный учет перечисленных факторов при построении математической модели теплового режима системы теплосбора представляет собой весьма серьезную проблему, а зачастую при помощи современного математического аппарата практически не возможен. Однако на практике, как уже отмечалось, при моделировании процессов тепломассопереноса, протекающих в грунтовом массиве системы теплосбора, оказывается возможным, используя разработанную А.Ф. Чудновским модель эквивалентной теплопроводности, с достаточной степенью точности описать эти процессы обычным уравнением теплопроводности. При этом грунт рассматривается как квазиоднородное тело, к которому применимо обычное уравнение теплопроводности, причем его теплотехнические характеристики могут изменяться как по времени, так и по координатам.

Изменение агрегатного состояния поровой влаги в грунте в общем случае имеет два следствия: при перемещении границы замерзания выделяется скрытая теплота фазового перехода и изменяются теплофизические характеристики грунта....

загрузить полную версию статьи в формате pdf

Все права защищены и охраняются законом. © Группа компаний "ИНСОЛАР" 2002-2017, Москва
Подробнее о соблюдении авторских прав