Файл: Иванов, Н. С. Теплофизические свойства насыпных грузов.pdf

лой глины от влажности отобразится на графике двумя от­ резками ломаной линии, что и показано на рис. 7, а.

Объемная эффективная теплоемкость изученных нами строительных материалов рассчитывалась по формуле (25). Результаты расчетов зависимости эффективной теплоемкости строительных насыпных материалов от температуры, влаж­ ности и объемной плотности уск обобщены в виде номограмм (рис. 8), построенных по формуле

Левая часть номограмм характеризует изменение эффек­ тивной удельной теплоемкости строительных насыпных мате­ риалов в зависимости от температуры. Численное значение этой величины определяется выражением

С0 + (Се - Сл) Г нв + Яо Щг.

риментальных данных о количестве незамерзшей воды. Сред­ няя часть номограмм характеризует изменение эффективной удельной теплоемкости строительных насыпных материалов в зависимости от влажности. Численная величина ее при этом находится из выражения

С0+ CjiVfrо + (Св — Сл) Wнв + Я0dTdW '

Правая часть номограмм характеризует зависимость объем­ ной теплоемкости от объемного веса скелета строительных: материалов. Принцип определения Суэф можно проиллюстри­ ровать на следующем примере. Требуется определить объем­

= 11,25-106 Дж /(м3-°С). В средней части номограммы кривая характеризует величину термодинамически равновесной влаж­ ности при температуре Тн э.

Если влажность строительных насыпных материалов ока­ жется меньше влажности незамерзшей воды при данной тем­ пературе, то материалы будут считаться морозными и их теп­ лоемкость рассчитывается по аналогии с теплоемкостью талых: материалов.

Содержание незамерзшей воды в строительных насыпных материалах в зависимости от температуры может определять­ ся как по табл. 3, так и по графикам (рис. 9,10).

28

На номограммах, характеризующих температурную зави­ симость объемной эффективной теплоемкости строительных насыпных материалов, не нашли своего отражения темпера­ турные диапазоны от 0 до —0,2°. Для этих диапазонов зави­ симость содержания связанной воды в насыпных строитель­ ных материалах еще не исследована. Однако часть тепла фа­ зовых переходов — для переувлажненных материалов значи­ тельная, а во многих случаях и основная — связана именно с этим диапазоном температуры. Учет этого тепла при тепло­ вых расчетах может производиться на основе соотношения, применяющегося к фазовым переходам свободной воды при строго определенной температуре замерзания,

ваемом интервале температур.

В некоторых же случаях необходимо проследить непре­ рывное изменение теплового состояния промерзающих — про­ таивающих материалов в пределах рассматриваемого диапа­ зона. Для этой цели исходят из предпосылки о непрерыв­ ности изменения фазового состояния поровой воды в мерзлых насыпных материалах в температурном интервале от 0 до —0,2°. При такой постановке содержание связанной воды, а следовательно, и объемная эффективная теплоемкость бу­ дут зависеть от начального влагосодержания.

Ввиду незначительности рассматриваемого температурного интервала зависимость содержания незамерзшей воды в мерзлых насыпных материалах можно удовлетворительно опи­

где W0— общее влагосодержание, aw — параметр, характери­ зующий зависимость содержания незамерзшей воды от тем­ пературы и зависящий от общего влагосодержания. Ниже приведены расчетные значения этого параметра для четырех категорий насыпных строительных материалов от влажности.

29

Зависимость объемной эффективной теплоемкости от тем­ пературы в интервале Г=0-=-----0,2° описывается формулой

С у * (Т) = [(Сск + 0,5W,) + (0,5 + aLJ ■1Г0е~“ Гн.з-т)] 7ск. ,(79)

На номограммах (см. рис. 10) отражена зависимость объ­ емной эффективной теплоемкости от влажности при темпера­ турах Т = 0° и —0,1°, при Гн.з=0° для всего естественного диапазона значений объемной плотности для песка, супеси, суглинка и глины.

ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ

Объемная теплоемкость исследованных нами железных руд определялась расчетным путем, так же как и у строитель­ ных материалов, по формулам (19), (20) и (24), (25) для та­ лого, промерзшего состояний и в области фазовых переходов поровой влаги. Для расчета объемной теплоемкости рудных материалов необходимо знать зависимость количества неза­ мерзшей воды от температуры и удельной теплоемкости их минерального скелета. На рис. 11, 12 приведены кривые, ха­ рактеризующие эти зависимости, построенные по данным табл. 3.

На рис. 13 приведены номограммы для определения объ­ емной теплоемкости талых и промерзших рудных материалов. Метод определения объемной теплоемкости при помощи пред­ ложенных номограмм такой же, как и в предыдущих случаях

(см. рис. 7).

Зависимость изменения объемной теплоемкости рудных материалов от температуры, влажности и объемного веса ске­ лета отражена в номограммах (рис. 14).

УГЛИ

На рис. 15, 16 приведены кривые, отражающие зависи­ мость изменения количества незамерзшей воды от температу­ ры и объемной теплоемкости минерального скелета каменного и бурого углей от их объемного веса. Объемная теплоемкость каменного и бурого углей в мерзлом и талом состояниях оп­ ределяется по номограммам (рис. 17). На рис. 18 отражена зависимость объемной теплоемкости каменного и бурого углей от температуры, влажности и плотности их скелета.

30

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Коэффициент теплопроводности насыпных материалов, пе­ ревозимых железнодорожным транспортом, как и у всех дис­ персных тел, зависит в основном от влажности, плотности, дисперсности материалов и от их температуры. У тонкодис­ персных материалов (глина, доломитовая мука, огарки и др.) за счет увеличения суммарной поверхности частиц возрастает их общее термическое сопротивление, что вызывает уменьше­ ние коэффициента теплопроводности. При увеличении их плот­ ности за счет улучшения контакта между минеральными ча­ стицами величина коэффициента теплопроводности увеличи­ вается.

На величину коэффициента теплопроводности насыпных материалов существенное влияние оказывает межпоровый за­ полнитель (воздух, вода и лед). Этим объясняется то, что су­ хие материалы имеют более низкие значения коэффициента теплопроводности, чем эти же материалы в увлажненном состоянии. Притом по мере повышения влажности теплопро­ водность материалов увеличивается по определенной законо­ мерности (линейно-экспоненциально и т. д.) до их полного влагонасыщения. Этим же объясняются разные значения ко­ эффициента теплопроводности одного и того же материала в талом и промерзшем состоянии. Коэффициент теплопровод­ ности влажных промерзших материалов обычно в 1,2— 1,7 ра­ за выше теплопроводности их в талом состоянии. Все экспе­ риментально найденные теплофизические характеристики сведены в табл. 1.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

По структуре эти материалы подразделяются на крупно­ зернистые (измельченный известняк и доломит) и порошко­ образные (доломитовая мука и огарки). Измерения коэффи­ циента теплопроводности в сухом состоянии показали, что эта величина у материалов с более крупными зернами больше, чем у порошкообразных материалов. Объясняется это изме­ нением контактного термического сопротивления между зер­ нами в зависимости от дисперсности (рис. 19). Исследования Кришера (Krischer, 1934), Б. Н. Кауфмана (1955) показали такую же зависимость. На рис. 20 приведены зависимости изменения коэффициента теплопроводности сухих порошко­ образных материалов, найденные И. Каммерером (Kammerer, 1936) и нами. Расположение экспериментальных точек для доломитовой муки и огарки по сравнению с данными И. Каммеррера дает хорошую сходимость и может характеризовать­ ся общей кривой.

31