局部保温条件下单管冻结温度场的研究

分析了单管冻结温度场的传热机理，研究了几种单管冻结温度场的模型，探讨了其有关计算方法，推导了单管局部保温下与温度有关的准则关系式，对温度场的数值计算有一定的指导作用。     

玻化微珠保温砂浆局部外保温系统热桥有限元分析

基于ANSYS有限元分析和温度场理论,针对外墙中柱和外墙角柱热桥部位进行数值模拟分析,通过改变热桥局部玻化微珠保温砂浆层厚度,分析研究不同保温层厚度条件下的温度场和热流密度分布。结果表明:局部玻化微珠保温层厚度对热桥部位的温度和热流密度影响比较明显。为了避免结露现象,外墙中柱的局部保温层厚度应大于20 mm,外墙角柱的局部保温层厚度应大于40mm。采取局部保温处理时,外墙中柱的热桥影响区域为200 mm,外墙角柱的热桥影响区域为150 mm,热桥影响区域内损失的热量较多,所以应重视热桥影响区域的散热问题。相同条件下,外墙中柱比外墙角柱的热桥影响区域大,散热多,更应该加强保温处理。     

外墙外保温系统温度场温度应力及耐候性能等级研究

一、保温层的构造位置对外墙温度场及温度应力的影响研究 本次研究采用有限差分和有限元两种方法,建立了考虑太阳辐射作用、环境温度变化条件下建筑外墙时时温度场的数值计算模型,对外墙外保温、外墙内保温、夹芯保温和框架墙填充加气混凝土自保温等各种保温墙体,在北京地区一年四季条件下的时时温度场进行了模拟,     

预制保温输水管道的保温层厚度设计和温度应力分布模拟

严寒地区输水管道在设计时必须考虑环境条件对管道保温效果的影响,本文通过理论计算,获得了最大允许热损失和考虑冻结状态下的保温层厚度。随后,结合预制保温管道的基本参数,采用ANSYS软件,模拟了夏季输送冷水和冬季输送热水两种极端工况条件下,预制保温输水管道的温度应力分布及变形。     

液氮冻结帷幕水热耦合温度场数值分析及应用

液氮冻结温度场是具有相变、水分迁移的瞬态热传导问题。基于水热耦合理论建立了液氮冻结的温度场数学模型,获得了液氮冻结帷幕厚度和平均温度随时间发展均呈对数规律分布;冻结管组内连接方式对冻结效果有较大影响:三管串联形成的冻结帷幕厚度最不均匀、平均温度也最高,单管供回液连接方式冻结效果最好;但从经济效益和冻结效果综合因素考虑,双管串联冻结方式宜优先采用。研究成果完善了盾构进洞液氮冻结温度场理论和工艺。     

复杂地层差异温度人工冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的导热性能差异较大复杂地层,为加快局部地层冻结并对冷能进行优化,提出一种冻结管差异温度优化冻结方案,并研发单管双循环系统冻结器。为验证该方案的强化冻结效果和冻结器对冷能的调控能力,采用2套盐水循环系统对冻结器上、下管段提供不同温度的低温盐水,在模型试验箱体内进行砂土和粉质黏土的单管冻结试验,研究冻结管不同管段在不同盐水温度作用下形成的冻结壁温度场分布特征,并采用FLAC3D对冻结管进行冻结数值模拟。结果表明：该冻结器实现界面附近9.1℃的管段差异温度冻结,优化方案能有效调整冻结壁的厚度和平均温度,使导热性能稍差的粉质黏土较砂土得到一定程度强化冻结。     

冻结孔偏斜下冻结壁温度场的形成特征与分析

冻结法工程中的造孔总存在一定的偏斜,以工程实际参数为基础,考虑了土层中水的相态变化和冻结温度随冻结时间变化等因素,利用大型有限元软件,对冻结孔随机偏斜和无偏斜条件下冻结壁的形成及其温度场特征进行详细地分析,得出了冻结管偏斜下,冻结孔交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁平均温度等主要技术参数,提出了偏斜条件下冻结壁平均温度的计算公式,对深井冻结设计和多排冻结管温度场的研究有重要的参考价值。     

极寒地区再生水管道浅埋保温设计探讨

内蒙古自治区呼伦贝市海拉尔区某再生水工程供水管道全长23 km,流量2083 m^(3)/h。以管道埋深热力计算公式为依据,计算了不同管道埋深、不同保温层厚度下管道内水流冻结时间。结合该项目所处地域冬季时间长、气温低、冻土层较厚的特点,详细分析了管道埋深和保温层厚度对管道内水流冻结时间的影响,同时探讨分析了其对管道综合造价的影响,优化了该工程的管道纵向设计方案。分析结果表明,管道轴线埋深2.0 m、聚氨酯保温层厚度70 mm为该工程浅埋保温最优设计参数。经过实践检验,该设计方案有效可行且工程造价较低,对极寒地区输水距离长、地下水位高、工程投资受限的同类项目的设计及研究具有一定参考价值。     

红砂岩地层联络通道冻结法施工温度场分布研究

随着我国城市轨道交通技术的发展与交通需求的日益提高,国内大中型城市对地铁建设的呼声愈来愈高,而联络通道作为地铁区间的必要结构,其修建难度与区间地质关系密切,一般需要配合冻结法等地层加固技术进行施工。红砂岩地层遇水后工程性质极差,采用冻结法修建联络通道时理论及经验尚不成熟。以兰州轨道交通1号线为例,对红砂岩地层内单管冻结温度场问题进行了研究,提出了改进的单管稳态冻结温度场计算公式,并结合数值模拟结果探讨了红砂岩地层单管冻结瞬态温度场计算公式和稳态温度场计算公式的适用性。结果表明：随着时间的增加,瞬态温度场逐渐接近与其具有相同冻结锋面半径的稳态温度场,当时间取某一极大值时,两场的分布形式将一致。瞬态温度场计算公式具有较高的可靠性,因此在研究某些简单的实际工程时可采用此公式进行数值求解。稳态温度场计算公式可以看作瞬态温度场公式的特殊形式,可以配合冻结壁厚度的经验取值,实际的可靠度也较高。     

基于ANSYS模拟的内蒙古地区农村住宅外墙节能优化设计研究

墙体的类型及构造做法是建筑节能的重要影响因素之一.在内蒙古地区大部分的农村住宅没有采取墙体保温措施,导致能耗增加,室内热环境差等问题.本研究以内蒙古地区农村住宅外墙为研究对象,利用ANSYS软件模拟比较原住宅墙体与三种保温体系墙体温度场分布状况,最终确定外保温系统的墙体热稳定性更好;在满足规范要求传热系数值的条件下,比较10～80mm厚度的EPS保温层温度应力值,确定最佳外墙保温层厚度为70mm,为内蒙古地区农村住宅节能改造提供一定的参考依据.     

供热管网保温厚度的计算分析

建立了供热管网直埋、地沟敷设管道的二维数学模型,通过边界离散方法进行了求解。分析了保温管道的保温层及其邻域土壤的温度场和热流规律,计算了保温管道的热损失。运用经济学的相关理论,对供热管道的保温厚度进行了优化分析,讨论了影响保温管道经济厚度的因素。     

多层介质寒区公路隧道保温层厚度计算的一种解析方法

新疆天山的玉希莫勒盖隧道处于高海拔季节性冻土地区,为防止冻害的发生,需要对所需保温层厚度进行研究。针对这一问题建立计算模型,采用Laplace积分变换的方法得到了由于保温作用而没有相变发生时寒区隧道温度场的解析分析方法;通过与stehfest方法对比分析,基于高斯正交法则和快速Fourier变换的Den Iseger方法具有更好的稳定性和准确性,采用该数值反演方法进行Laplace逆变换的求解。根据对玉希莫勒盖隧道的分析表明,保温层、衬砌与围岩中的温度都随着大气温度呈简谐振动;现场采用的5 cm厚保温层内外温差达9.63℃,不能保证该隧道围岩不发生冻胀现象;要保证其在设计年限内不发生冻胀所需要的最小保温层厚度为27 cm;通过对相关物理参数的分析表明：对流换热系数对固体介质的表面温度的最值影响较大,但对保温层厚度的影响较小;随着年平均气温的升高所需保温层的厚度越小,保证的安全年限越长,厚度也越大;随着地层温度的升高,所需保温层厚度逐渐减小;最后对年平均气温和地层温度的不同组合情况进行拟合分析,得出保温层厚度与这两因素的相关关系,可为该地区其他隧道的设计提供参考。     

寒区隧道环向排水管的条带保温及温度场分析

排水管过早地冻结与过晚地解冻是引起寒区隧道冻害的主要原因。针对冻结期和消融期隧道衬砌壁后围岩温度的变化特点,提出了一种条带状保温隧道环向排水体系:(1)隧道环向排水管自上而下直通隧道的中央排水管,隧道纵向排水管径三通向环向排水管汇水;(2)间隔地对环向排水管进行局部保温,在衬砌壁后采用条带状保温层,在路面之下采用带有保温层的排水管;(3)条带状保温层有两层防水板密封夹裹,其中一层防水板与隧道的防水板形成一个整体。衬砌围岩温度场有限元模拟分析表明:由于有、无保温层的环向排水管相间布置,两类排水管的冻融状态存在时差,该时差有利于解决衬砌后在冻结期和消融期的排水不畅问题。     

谈供热直埋热水管道保温计算

依据CJJ/T 81-2013城镇供热直埋热水管道技术规程行业标准,对增加的供热直埋热水管道的保温计算进行了研究,分析了保温层厚度、埋深、供回水温度以及管间距对管道热损失的影响,其对经济保温厚度的确定有重要的参考价值。     

Analyses of non-aqueous reactive polymer insulation layer in high geothermal tunnel

The scenario of geothermal tunnel is commonly observed around the world, and increases with the new constructions in the long and deep tunnels, for example in China. Tunnel insulation is generally divided into active and passive insulation. In passive insulation, it is an effective way to set low thermal conductivity materials as the thermal insulation layer as the choice of insulation material mainly depends on the thermal conductivity. Polymer is a kind of material with good geothermal performance, but there are relatively few studies. In this context, the transient plane source (TPS) method was used to measure the thermal conductivity of the developed polymer. Then, the temperature field of the high geothermal tunnel insulated by the non-aqueous reactive polymer layer was simulated. With the parametric analysis results, the suggestions for the tunnel layers were proposed accordingly. It revealed that the thermal conductivity of polymer first increases and then decreases with temperature. There are two rising sections (?40–10 °C and 20–90 °C), one flat section (10–20 °C) and one descending section (>90 °C). It is observed the thermal conductivity of polymer increases with increase of the density of insulation layer and the density, and the thermal conductivity decreases when exposed to high temperatures. The temperature of the surrounding rocks increases with increase of the thermal conductivity and the thickness of polymer. Finally, a more economical thickness (5 cm) was proposed. Based on the parametric study, a thermal insulation layer with thermal conductivity less than 0.045 W/(m K), thickness of 5 cm and a density less than 0.12 g/cm³ is suggested for practice.     

使用塑料冻结管的液氮冻结温度场试验研究

温度场分析是判断冻结土体性状进而反映冻结效果的重要手段,而盾构出洞液氮冻结加固中使用塑料冻结管对温度场的分布有较大影响。为获得使用塑料冻结管液氮冻结温度场的分布规律,以相似理论为基础,使用塑料冻结管进行上海淤泥质黏土的液氮冻结物理模拟试验,得出结论如下:沿塑料冻结管长度方向,冻结管壁的温度差别较大,造成不同位置冻结壁的发展范围不均匀,在冻结循环的末端管壁温度最高,冻结效果相对较差。冻结形成冻结区内的温度分布曲线较陡直,而在冷却区的温度分布曲线较平缓,其温度梯度较使用钢管的液氮冻结时小。在土层性质确定的情况下,液氮灌注状况、冻结管间距、冻结时间是影响液氮冻结效果的主要因素。冻结过程中,采用较小的冻结管间距,可以加快冻结速度,缩短冻结时间,发挥液氮冻结优势。研究结果表明,塑料冻结管可以应用于液氮冻结加固施工,研究成果可以为液氮冻结的工程应用提供有益的参考。     

露天管道层绝热保温加电伴热防冻方案及其经济分析

认为在寒冷地区露天管道特别是小管径管道单纯靠增加保温层厚度不能防止管道冻结，提出绝热保温加电伴热防冻方案，并分析其热力学特性和经济性，给出计算最佳保温层厚度的公式。     

隧道地源热泵供热系统加热段隔热层厚度及热负荷计算

 为解决寒区隧道冻害问题,首次将地源热泵供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中。系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成。加热段位于隧道洞口处,由位于二衬和保温隔热层之间的供热管对隧道进行加热。将复杂的隧道加热段热传导问题转化为便于求解的圆形复合介质热传导问题,利用有限积分变换法获得其温度场解析解。利用考虑隔热层材料造价和耗能的经济计算模型,计算分析隧道全寿命周期30 a的隔热层厚度和供热负荷。计算结果表明：随着隔热层厚度的增加,隔热层材料费呈线性增加,供热消耗的电费呈递减趋势,材料费与电费之和呈递减趋势。建议林场隧道保温隔热层厚度取8 cm,年供热负荷取580 MJ/m2。