Файл: Павлов, А. В. Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
Однако |
формула |
(IV. 14) |
у(\>т)>кксл/м*-ч |
|
|
|
|||||||
слишком громоздкая для рас |
3 2 |
|
|
|
|
|
|||||||
четов. |
Целесообразно преоб |
2 8 |
|
|
|
|
|
||||||
разовать |
ее |
|
так, |
чтобы |
g |
|
|
|
|
|
|
||
выражалась |
|
более |
простой |
2 4 |
|
|
|
|
|
||||
двучленной |
|
зависимостью |
|
|
|
|
|
|
|||||
(i= S i—| й), |
первый член ко |
2 0 |
|
|
|
|
|
||||||
торой |
является |
решением |
|
|
|
|
|
|
|||||
Стефана |
при |
g(g, |
т)=0, |
а |
1 6 |
|
|
|
|
|
|||
второй — учитывает |
умень |
12 |
|
|
|
|
|
||||||
шение glr |
обусловленное вли |
2 |
|
|
|
|
|
||||||
й |
|
|
|
|
|
||||||||
янием зоны 3. Из физических |
|
|
|
|
|
||||||||
% |
|
|
|
|
|
||||||||
X , |
|
|
|
|
|
||||||||
соображений |
величина |
g2 |
3 |
5*4 |
|
|
|
|
|||||
прямо пропорциональна кор |
L |
|
|
|
|
|
|||||||
ню квадратному из произве |
|
|
|
|
|
||||||||
дения длительности |
периода |
X I |
х н |
/ |
// |
/// |
I V |
||||||
протаивания |
|
на |
коэффици |
|
|
|
|
М е с я ц |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ент температуропроводности |
Рис. 27. Тепловой поток из талой |
||||||||||||
мерзлой породы, |
т. |
е. |
|
||||||||||
|
породы |
к границе промерзания |
на |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
участке |
луга |
в |
районе |
Загорска |
|
g2 = |
e V w , |
(IV.15} |
в зиму |
1957/58 |
г. |
|
||
1 — рассчитанный |
по |
формуле |
(IV. 13) |
|||||
где е — |
вспомогательный |
2 — ио формуле (IV.35); |
3 |
— по |
данным |
|||
измерений при |
помощи |
тепломеров. |
||||||
параметр. |
|
определится из зависимости: |
|
|
||||
Таким образом, |
|
|
||||||
|
t = |
/ |
2Xaf т |
,---- |
|
|
(IV.16) |
|
|
y |
- £ - - г У а 3т. |
|
|
||||
В выражениях (IV.14) и (IV. 15), как и в (IV.8), положи тельное значение qw соответствует расчету глубины протаива ния; при расчетах глубины промерзания его следует заменить на отрицательный.
Сходное решение для g получил В. Т. Балобаев, но оп при нял 8 постоянной величиной, равной 1 или 2.
Приравнивая выражения (IV.14) и (IV.16), найдем величину
8
С3То______
X
V n [iw + у — с3т*
/
С3Т о |
|
X |
|
|
1,2 |
С3т 0 |
|
+ у - |
|
||
|
|
2А,21ц |
|
аз |
|
, 1 А С Т ) ~ |
|
|
“ + / л |
с,т°) |
|
которую можно представить в критериальной форме
С 3Т 0 Д2:
'( Qm ’ ai4w' ^
2Я.2(п
V
(IV.17)
(IV .18)
9 А. В. Павлов, Б. А. Оловин |
129 |
Величина е слабо зависит от отношения Хй/Ха, поэтому при ее определении такое отношение можно принять равным сред нему значению, ориентировочно составляющему 1,2. Тогда е будет функцией двух критериев: (табл. 48). ,
|
|
|
|
= |
|
|
(IV.19) |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 48 |
|
Зависимость вспомогательного параметра е от критериев К a и К с |
|||||||
с |
|
|
|
«а |
|
|
|
0,005 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
0,30 |
|
0,40 |
|
|
|
||||||
0,01 |
0,007 |
0,007 |
0,008 |
0,008 |
0,008 |
|
0,009 |
0,02 |
0,013 |
0,014 |
0,015 |
0,015 |
0,016 |
|
0,017 |
0,03 |
0,019 |
0,021 |
0,022 |
0,023 |
0,024 |
|
0,025 |
0,04 |
0,025 |
0,027 |
0,030 |
0,030 |
0,032 |
|
0,034 |
0,05 |
0,032 |
0,034 |
0,036 |
0,036 |
0,040 |
|
0,042. |
0,06 |
0,037 |
0,040 |
0,042 |
0,044 |
0,047 |
|
0,050 |
0,07 |
0,043 |
0,046 |
0,049 |
0,051 |
0,055 |
|
0,057 |
0,08 |
0,043 |
0,052 |
0,054 |
0,058 |
0,062 |
|
0,065 |
0,09 |
0,054 |
0,058 |
0,062 |
0,064 |
0,069 |
|
0,073 |
0,10 |
0,059 |
0,064 |
0,068 |
0,071 |
0,076 |
|
0,080 |
0,12 |
0,069 |
0,075 |
0,080 |
0,084 |
0,090 |
|
0,095 |
0,14 |
0,078 |
0,086 |
0,092 |
0,096 |
0,103 |
|
0,108 |
0,16 |
0,087 |
0,096 |
0,103 |
0,108 |
0,116 |
' |
0,122 |
0,18 |
0,095 |
0,106 |
0,113 |
0,119 |
0,128 |
0,136 |
|
0,20 |
0,103 |
0,115 |
0,124 |
0,130 |
0,140 |
|
0,149 |
0,25 |
0,120 |
0,137 |
0,148 |
0,156 |
0,169 |
|
0,179 |
0,30 |
0,136 |
0,157 |
0,170 |
0,180 |
0,195 |
|
0,208 |
0,35 |
0,150 |
0,174 |
0,190 |
0,201 |
0,220 |
|
0,234 |
0,40 |
0,162 |
0,190 |
0,208 |
0,222 |
0,243 |
|
0,259 |
0,45 |
0,173 |
0,205 |
0,225 |
0,240 |
0,264 |
|
0,282- |
0,50 |
0,182 |
0,218 |
0,240 |
0,257 |
0,284 |
|
0,304 |
0,60 |
0,198 |
0,241 |
0,268 |
0,288 |
0,319 |
|
0,343 |
0,70 |
0,211 |
0,260 |
0,291 |
0,315 |
0,351 |
|
0,379 |
0,80 |
0,221 |
0,276 |
0,311 |
0,338 |
0,378 |
|
0,410 |
Формула (IV.16) позволяет рассчитать грубину сезонного протаивания с учетом теплового влияния подстилающей мерз лой горной породы, что нельзя выполнить по методике В. С. Лукьянова и М. Д. Головко, так как в ней не приводятся значения теплового потока к границе £ для области распростра нения многолетнемерзлых горных пород. Она же дает возмож ность рассчитать глубину промерзания с учетом переменного во времени теплового потока к границе £. Экспериментальные исследования показали, что введение в расчет переменного теплового потока q(t, т) повышает точность расчета глубины промерзания не более чем на 7—8% по сравнению с формулой В. С. Лукьянова, где тепловой поток из зоны 3 к границе Е
130
принят постоянным во времени. Однако расчеты по формуле (IV.16) проще, чем по формуле В. С. Лукьянова, и дают воз можность принять во внимание влияние теплофизических свойств талой породы на процесс промерзания.
Дадим общее решение для £, когда на поверхности горной породы имеется термоизоляция (зона 1), обменивающаяся ра диационным и конвективным теплом с атмосферой. Применим принцип последовательной смены стационарных состояний тем пературного поля и к термоизоляции. Правомерность этого при ема по отношению к снежному покрову, представляющему собой типичный и наиболее часто встречающийся вид термоизоляции, подтверждается тщательными наблюдениями за температурой снежного покрова (Павлов, 1965). Поэтому термоизоляцию можно рассматривать как термическое сопротивление, экви
валентный слой которого 1?! *= |
|
В таком случае теплооб- |
|
мен в горной породе определим |
"1 |
|
|
из выражения |
|
||
В = д№^ |
+ Я(1,т), |
(IV.20) |
|
а температуру поверхности—из |
формулы |
|
|
Я2^ |
= |
5 . |
(IV.21) |
Связь междутемпературой поверхностиизоляции и вели чиной |3 может быть также установлена из уравнения теплового баланса и записана в общем виде:
Qc( i - A n i a- I n- L E - a ( t n- t B3) - 5 = 0 , |
(IY.22) |
где / аи / п — длинноволновое излучение атмосферы и поверх ности; а — коэффициент конвективного теплообмена.
Из-за трудности I определении излучения атмосферы / уравнение (IV.20) удобно преобразовать *:
5 —LE —a(tn—1ВЗ)—5 = 0 , |
(IV.23) |
* Некоторые исследователи ие согласны с такой трактовкой урав нения теплового баланса при определении температуры поверхности, поскольку величина / п связана с температурой поверхности по закону
Стефана—Больцмана. Однако между радиационным балансом и суммар ной радиацией наблюдается устойчивая корреляционная связь, завися щая от вида поверхности (ее альбедо), что позволяет исключить влияние R от температуры поверхности (Павлов, 1965). При более строгом подхо де необходимо учитывать влияние температуры поверхности не только на величину Я, но и на другие параметры теплообмена (в частности, на коэффициент конвективного теплообмена а). Примеры использования
_ уравнения (IV.20) для расчетных формул промерзания-протаивания даны в двух последних разделах этой главы.
9* |
131 |
где
Д = . < 2 с ( 1 - А ) + / а - / п .
Подставив В из (IV.20). и tn из (IV.21) в (IV.23), получим условие Стефана с учетом термического сопротивления изоля ции и процессов тепло- и влагообмена на ее поверхности
, |
R — LE |
|
|
|
|
13 |
а |
|
l R |
~ q (^’т)- |
(IV. 24) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
Интегрируя это уравнение в пределах от т3 до т, если £=0 |
|||||
при т = т 3, получим |
следующее решение для £ при s=const: |
||||
(•+£) + / |
g , |
М 2 , |
2Увз (Т~ М |
|
|
|
8 |
Пд (т |
Т3), |
|
(IV.25) |
где |
|
|
|
|
|
|
^ВЗ —■^вз ~Ь |
R — LE |
|
(IV.26) |
|
|
а |
|
|||
т3 — время запаздывания начала движения § под слоем изоля ции, впервые введенное в расчет В. Т. Балобаевым;
Если изоляция отсутствует, формула (IV.25) значительно упрощается. В частности, применительно к схеме протаивания она получает вид
|
л, |
, |
Г 2XJ х |
.----- |
|
|
|
+ |
— |
8> ^ - |
(IV-27) |
Таким образом, для расчетов глубины протаивания необ |
|||||
ходимы следующие данные: |
протаивания т, равная времени |
||||
1) длительность |
периода |
||||
перехода средней |
суточной |
температуры воздуха |
через 0°; |
||
2) средняя за период протаивания приведенная температура
воздуха ?38; 3) теплофизические характеристики талых (индекс «т») и
мерзлых (индекс «м») пород — коэффициент теплопроводности Ят и Ям, объемная теплоемкость Ст и Си;
4)расход тепла qw на оттаивание и нагревание единицы объема пород;
5)средняя годовая температура пород t0.
Оценим влияние снежного покрова на уменьшение глубины промерзания. Высота и физические свойства снежного покрова значительно изменяются во времени, поэтому расчетную вели-
132