1、第2章冻结法 1概述 2蒸汽压缩制冷 3冻结法施工 4冻结方案 5冻土物理力学性质 6冻结温度场 7冻结壁计算 8冻结井壁 9冻结法设计计算 第2章冻结法 6冻结温度场 6 1温度场 6 2冻结时间 6 3冻结管吸热能力计算 6 4圆管稳定导热 6 5冻结壁平均温度 冻结温度场是研究冻结过程中 空间温度随时间变化的客观规律 冻结温度场是一个相变的 移动边界的和有内热源的 边值条件复杂的不稳定导热问题 其解法有解析法 模拟法和数值方法 第2章冻结法 6冻结温度场 6 1温度场 在空间一切点瞬间温度值的总称叫温度场 温度场分为稳定的温度场和不稳定的温度场 稳定温度场 场内任何点的温度不随时间而改变
2、的称为稳定温度场 不稳定温度场 场内各点的温度不仅随空间发生变化 而且随时间的改变而改变的称为非稳定温度场 在人工冻结法凿井中 冻结温度场属于非稳定的温度场 第2章冻结法 6冻结温度场 6 1温度场 研究温度场的目的是 1 为求算冻土的强度 以便确定作为临时支护的冻结壁的厚度 2 了解与检查冻结壁形成的情况及厚度 当掌握了冻结温度场 按温度场分布的规律找出冻结壁的厚度 3 确定冷量的消耗 了解了温度场 也就是掌握了冻土中温度分布情况 可以较准确的知道冷冻站供出的有效冷量 作为冻结方案比较的依据 第2章冻结法 6冻结温度场 6 1温度场 冻结壁中温度分布比较复杂 为阐述方便 常用三个面来描述 主
3、面 通过冻结管中心和井筒中心的剖面叫主面 A A剖面 界面 通过相邻冻结管中心连线的中点与井筒中心的剖面称为界面 B B剖面 轴面 通过各个冻结管中心所构成的圆形剖面称轴面 如 C C剖面 第2章冻结法 6冻结温度场 6 1温度场 温度场分为三个区 冻结区 降温区和常温区 一 冻结区的温度场冻结区温度场是 个相变温度场 是一个复杂的问题 冻结区内温度场常用圆管稳定导热公式计算 这个计算方法的出发点是 1 求一个冻结管所形成的冻结柱的温度场 再推广到冻结圆筒 冻结壁 2 把不稳定的温度场看作是稳定的温度场 即冻结壁外界面看作是暂时固定的3 冻结管所吸收的热量 等于冻结壁放出的热量 第2章冻结法
4、6冻结温度场 6 1温度场 三 井内降温区的温度场井内降温区的温度场计算是从圆柱冷却时的导热方程出发 其边值条件为 0 00 r R t tz 0 第2章冻结法 6冻结温度场 6 1温度场 冻结时间是指从开始冻结到冻结壁达到设计厚度所需要的时间 即积极冻结时间 冻结时间的确定实质上是求算温度场的一个特例 即从开始进行冻结起到冻结面 0 面 移到设计位置时所需要的时间 冻结时间的计算方法由于出发点不同 而有许多种 第2章冻结法 6冻结温度场 6 2冻结时间 1 单管冻结时间假定冻结圆柱在d 时间内向外扩展d 由于冻结而放出的热量dq1 2 Qd 若不考虑降温区的影响 则冻结管吸热量 或冻结管放出
5、的冷量 为 因dq1 dq2 则冻结时间 因r0 同时1 r0 1 2 2 上式可变为 若考虑到降温区地热对冻结时间的影响 上式中增加了地热影响系数 单管冻结时间为 第2章冻结法 6冻结温度场 6 2冻结时间 2 井筒冻结时间经验公式井筒冻结时间可按经验公式 3 井筒冻结时间若不计井内外降温区对冻结时间的影响 垂直井筒轴线水平截取1m地层 根据热量平衡原理 可计算冻结时间 第2章冻结法 6冻结温度场 6 2冻结时间 每一平方米的冻结管在一小时内吸收的热量叫吸热率 也叫吸热能力 吸热率计算方法如下 第2章冻结法 6冻结温度场 6 3冻结管吸热能力计算 无限长圆管 内壁温度为t1 外壁温度为t2 不随时间改变 为平面轴对称问题 无内热源 一般形式导热方程可变为 边界条件r r1t t1r r2t t2方程的解 t c1lnr c2将边界条件代入 可知 圆管稳定温度分布规律为对数曲线 根据傅利叶定律 可以求出单位时间通过面积的热量 第2章冻结法 6冻结温度场 6 4圆管稳定导热 平均温度定义 将圆管稳定温度分布代入上式得到圆管壁内平均温度 将已知参数代入得到 冻结壁内侧之平均温度 第2章冻结法 6冻结温度场 6 5冻结壁平均温度 冻结壁外侧之平均温度将冻结壁内 外侧加权平均得到冻结壁内之平均温度 第2章冻结法 6冻结温度场 6 5冻结壁平均温度
