Файл: Специальные вопросы строительной теплофизики учебное пособие..pdf

Длина сооружения принимается достаточно большой для того, чтобы исключить влияние торцов на температурное поле и рас­ сматривать только двухмерное температурное поле в плоскости поперечного сечения сооружения.

В сооружении в течение года поддерживается постоянная тем­ пература, равная —|—18°.

Рис. 6. График годового изменения среднемесячных температур наружного воздуха

В качестве расчетных температур наружной среды принимают­ ся среднемесячные температуры наружного воздуха, определяемые в соответствии со СНИП-П-А-6-62, как для массивного сооруже­ ния. График изменения среднемесячных температур в течение го­ дового цикла представлен на рис. 6.

Начало процесса теплообмена установлено 15 ноября. Расчет­ ная температура наружного воздуха для этой даты равняется —4°.

Температура грунта на глубине 8 ж и более принимается по­ стоянной и равной -{-6°.

I ь*Г?<ГДпЛБЛИЧНЛ я . _ ' 1й / А й

Начальные температры в грунте, окружающем сооружение,

слоя грунта можно определить, зная общую разность температур между теплообменивающимися средами, общее термическое сопро­ тивление теплопередаче и термическое сопротивление слоя грунта.

Такое задание температур грунта несколько условно. Однако при длительном процессе теплообмена влияние начальных условий на конечный результат незначительно.

Поэтому длительность процесса теплообмена принимается не менее 3 лет. В процессе решения задачи должно производиться со­ поставление температур в сходственных точках для одних и тех же дат смежных годов.

При наступлении одинаковых значений температур в этих точ­ ках исследование процесса теплообмена заканчивается, оконча­ тельным считается результат последнего года.

При решении задачи принимаются обычные для расчетов теплопотерь допущения:

— коэффициенты теплоперехода у внутренней и наружной по­ верхности ссп и а н принимаются постоянными по всей длине внут­ реннего и наружного периметра поперечного сечения сооружения и

СНИП-Н-А-6-62);

—термическое сопротивление снегового покрова не учитывает­ ся (в запас расчета теплопотерь);

—теплота фазовых превращений в грунте обсыпки также не учитывается.

Рассмотрим методику постановки рассматриваемой задачи на гидравлическом интеграторе.

Определение области исследования температурного поля и разбивка области на блоки

Рассматриваемое сооружение имеет вертикальную плоскость симметрии. Поэтому исследование производится только для поло­ вины поперечного сечения и, таким образом, слева плоская об­ ласть исследования ограничена вертикальной осью симметрии. Гра­ ница области исследования справа проходит в 8 ж от внутренней поверхности бокового ограждения в предположении, что на таком удалении влияние теплового потока из сооружения на температур­ ное поле грунта несущественно.

Верхней границей области являетея поверхность обсыпки соору­

8 м от дневной поверхности.

Указанная область исследования разбивается на возможно боль­ шее число блоков; для 10-стоечного гидроинтегратора это — 111

18

блоков. Размеры отдельных блоков должны быть меньшими на участках, прилегающих к внутреннему периметру сооружения, уве­ личиваясь к периферии.

Схема разбивки области исследования на блоки представлена на рис. 7. На схеме представлены блоки трех разновидностей по

Определение теплоемкости блоков

Теплоемкость однородных по материалу блоков определяется по формуле

сооружения) площади поперечного сечения блока F. Теплоемкость неоднородных по материалу блоков определяется

Определение центров теплоемкостей блоков

Центром теплоемкости двухмерного блока является точка пере­ сечения двух поверхностей, по обе стороны каждой из которых теп­ лоемкости материала блока одинаковы.

Следует отметить, что центр теплоемкости совпадает с центром тяжести только для блоков в виде простых изотропных фигур (пря­ моугольник, квадрат и пр.); для кольца или кольцевого сектора та­ кое совпадение места не имеет.

В большинстве практических случаев исследуемую область удается разбить на ряд простейших изотропных фигур в виде

C\J

<5s-

' SB'O

'

qi'i o

Рис. 7. Схема разбивки сооружения на блоки

20

прямоугольника, квадрата, кольцевого сектора, определение цент­ ров теплоемкости которых затруднений не вызывает.

Иногда блоки (как, например, и в данном случае), располагае­ мые у граничных поверхностей, могут иметь сложные формы; опре­ деление положения центра теплоемкости в таких блоках лишено смысла, поскольку направления тепловых потоков остаются неоп­ ределенными. Такие блоки заменяются эквивалентными по тепло­ емкости простейшими блоками. Для инженерных расчетов это вполне допустимо, учитывая незначительное влияние этих блоков на основные результаты теплообмена ввиду их незначительного числа и положения у внешней границы теплообмена.

Определение термических сопротивлений между центрами теплоемкостей смежных блоков

Термические сопротивления теплопереходу на внутренней и на­ ружной поверхностях обсыпки определяются по формуле

блоков определяются в двух взаимно перпендикулярных направле­ ниях.

21

мула плоской стенки, а для вычисления термического сопротивле­ ния в радиальном направлении — формула

перпендикулярном слоям, подсчитываются как суммы термических сопротивлений отдельных слоев, определяемые по формулам (11.22), (11.24). Для слоистых блоков термическое сопротивление в направлении, параллельном слоям, определяется из условия равен­ ства общей проводимости блока сумме проводимостей слоев:

_1_

R

При этом в целях упрощения величины 8; для радиальных блоков можно принимать равными дуге радиуса, на которой лежит центр теплоемкости блока.

Определение масштабов времени, емкостей, сопротивлений и температур

Масштаб времени тх принимается, исходя из необходимой продолжительности исследования процесса теплообмена, обеспече­ ния достаточной точности решения и технических возможностей имеющегося гидравлического интегратора. В результате многочис­ ленных прикидочных расчетов масштаб времени принят равным

Здесь Cmax— максимальная теплоемкость блока;

“max— максимальная площадь поперечного сечения гид­ равлической емкости в схеме, принятая равной

36 см2.

22