冷媒循环条件下单管水平冻结温度场数值模拟

在考虑冷媒循环影响的条件下,对单管冻结温度场进行了数值模拟。对考虑冷媒循环与冻结管外壁恒温两种条件下的温度场进行了比较,得出"在水平冻结距离不是很长的情况下,直接将冷媒入口温度作为冻结管外壁恒温条件计算不会导致很大的误差,是可行的"的结论。     

冷媒循环条件下单管水平冻结温度场数值模拟

在考虑冷媒循环影响的条件下，对单管冻结温度场进行了数值模拟。对考虑冷媒循环与冻结管外壁恒温两种条件下的温度场进行了比较，得出“在水平冻结距离不是很长的情况下，直接将冷媒入口温度作为冻结管外壁恒温条件计算不会导致很大的误差，是可行的”的结论。     

X形冻结管温度场变化规律研究

为解决现有冻结管单管冻结能力不强致使增加循环冷媒介质用量和施工耗电的问题,可将传统圆形截面设计成异形截面。对X形截面冻结管作一简单介绍,运用有限元软件对X形截面冻结管单管冻结时的温度场变化规律进行研究,同时与圆形、方形、工字形、T形和Y形冻结管单管冻结时的温度场进行对比分析,主要得出结论为:虽然X形等异形冻结管为非圆形截面,但其冻土帷幕温度也是以冻结管为圆心呈同心圆分布,离冻结管越近温度越低;冻结20天时,X形冻结管-10℃圆形冻土帷幕半径发展到200 mm,冻结30天时发展到240 mm,冻结40天时达到约300 mm;与圆形冻结管相比,异形冻结管在保证冻结效果的基础上可大大减少施工耗电量,经济效益显著。     

发泡材料隔热条件下单管局部冻结温度场研究

局部保温冻结技术可解决冻结法在深井开拓工程中遇到的诸多技术问题,并可节约大量冷量。为获得保温材料特性对冻结温度场的影响规律,以外加套管的单管局部保温冻结温度场为研究对象,首先,将相似理论与理论分析相结合,导出了单管局部保温冻结温度场的无量纲数学模型及相应的准则表达式;其次,以无量纲准则作为影响因素,结合数值计算和模拟试验,研究了冻结管采用发泡材料保温条件下的单管局部冻结问题。分析获得了冻结管热流密度与保温材料的比热容、导热系数、保温层外半径等无量纲因素间的关系,提出局部保温冻结工程中保温材料导热系数最佳选用范围应不大于0.035(无量纲),保温层外半径宜为1.4~1.6(无量纲)之间。研究结果具有广泛的适用性,为局部保温技术的设计和应用提供了理论基础和便利条件。     

白垩系冻结立井融化规律现场实测研究

 为获得白垩系地层冻结壁温度场融化规律,对泊江海子矿冻结风井不同地层,利用测温孔与冻结壁内部测点进行融化过程温度场现场实测。对比了不同岩层融化速率,提出可以用幂函数来表示不同方位测点温度随时间变化情况,以及用二次函数来表示冻结壁沿径向方向温度变化情况。获得了单圈管冻结条件下白垩系地层融冻时间比介于0.7~0.8之间,为内蒙地区新建矿井冻结法凿井白垩系地层融化阶段壁间注浆时间选择提供参考。     

突发定渗流作用下冻土温度场演化规律及判别方法

在人工冻结法工程中,关于地下水与冻结温度场的耦合性研究主要着眼于恒定渗流工况,而对突发定渗流工况鲜有研究。为了分析突发定渗流作用下温度场演化规律,基于相似理论建立模型试验系统,开展了单排管冻结模型试验研究,得到了突发定渗流条件下冻结壁及温度场的演化规律。试验结果显示:①突发定渗流速度v_s接近恒定渗流条件下极限交圈流速v_c时,上、下游未冻区温度随时间呈线性变化,当v_s>v_c时未冻区温度随时间呈二次函数型变化,v_s越大该变化趋势越显著;②随着v_s的增大,试验末期冻结壁形态逐步由偏心冻结壁向独立偏心冻土柱过渡。研究表明:①突发定渗流对温度场的作用可划分为未冻区的直接作用和冻土区的间接作用;②基于突发定渗流发生后的冻结壁形态和温度场分布特征,地层冻结过程可划分为:持续扩展、减速扩展、发展抑制、全面损伤4个阶段;③渗流发生前,土体温度梯度呈三角函数分布,渗流发生后,上游温度梯度峰值将会迅速增大,峰值位置向冻土区移动,下游温度梯度逐步趋平。根据上述研究结果发现在...     

白垩系地层冻结施工立井融化规律现场实测研究

为获得白垩系地层冻结壁温度场融化规律,对泊江海子矿冻结风井不同地层,利用测温孔与冻结壁内部测点进行融化过程温度场现场实测.对比了不同岩层融化速率,提出可以用幂函数来表示不同方位测点温度随时间变化情况,以及用二次函数来表示冻结壁沿径向方向温度变化情况.获得了单圈管冻结条件下白垩系地层融冻时间比介于0.7 ～0.8之间,为内蒙地区新建矿井冻结法凿井白垩系地层融化阶段壁间注浆时间选择提供参考.     

深厚表土多圈管冻结温度场演变规律研究

为了得到深厚表土多圈管冻结温度场的演变规律,考虑压力对土体结冰温度的影响,研制了深厚表土冻结壁温度场试验系统.依据相似理论,以赵楼风井井筒冻结工程为原型,进行加载后的多圈管冻结温度场试验研究。结果表明:3圈冻结管冻结锋面交圈时间为50 d,冻结壁厚11.2 m,冻结壁平均温度-22.8℃,拟合得到冻结壁平均温度随时间变化函数T1=-3×10-93τ+2×10-52τ-0.0358τ+2.932,井帮温度随时间变化函数T2=-0.0207τ+10.32.特征面温度场进入拟稳定阶段后,冻结壁厚度基本稳定,冻结壁平均温度、井帮温度满足井筒开挖要求;特征面温度场进入稳定阶段后,冻结管冷负荷主要用于维护冻结壁向内扩展区和向外扩展区的温度.     

考虑土性参数不确定性的单管冻结温度场分析

针对冻结法应用中的单管冻结相变热传导问题,考虑土性参数空间上的变异性,将土体传热区域的导热系数和体积比热容模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对单管冻结随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值与方差计算公式,根据计算流程框图编写了求解单管冻结温度场的Matlab随机有限元计算程序。通过算例,得到了考虑土性参数不确定的单管冻结温度场统计分布规律,并与将各随机参数视为单一随机变量的情况进行了对比。结果表明:随机场及其局部平均理论能合理考虑土性热学参数空间上的不确定性;土性热学参数模拟为随机场和随机变量获得的温度均值分布规律基本相同;模拟为随机变量得到的温度场变异性偏高,采用随机场建模方法显得更加科学合理。     

考虑未冻水单管冻结温度场解析解

针对冻结法应用中的单管冻结问题,考虑土体在冻结状态下存在随负温连续变化的未冻水,通过将土中水随负温降低而连续冻结的过程离散化,建立了单管冻结温度场变化的离散相变模型,并给出了模型的解析计算方法。将解析解答与连续相变模型下的数值解进行了对比,验证了该解答的正确性。利用解析解,分析了土体冻结状态下存在的未冻水对冻结锋面推进过程的影响,结果表明：忽略未冻水将低估土中冻结锋面的推进速度,并且其低估程度随土体比表面积的增加而增大。     

直线形单排管冻土帷幕平均温度计算

在人工地层冻结工程中,平均温度是评价冻土帷幕状态,进行冻土帷幕力学性能分析的基本参数,本文研究单排管冻结形成的冻土帷幕的平均温度计算。基于单排管冻结稳态温度场解析解,直接对温度场表达式进行积分运算,运用分部积分法和积分中值定理,得到了单排管冻结平均温度计算公式,根据工程中的实际参数取值进行了公式的简化。考虑到温度场解析解在冻结管区域的不适用,采用相同的积分策略求解冻结管区域对平均温度计算的影响,进行了平均温度计算公式的修正。使用A NSYS进行了单排管冻结的热学稳态数值模拟与平均温度计算公式的结果进行比对,考察管间距l=0. 4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 m,相对厚度ξ/l=0. 5,0.6,0. 7,0. 8,1.0,1.5共6种冻结发展状态,根据试验报告进行土质参数取值,冻结参数为工程中常用取值。对比计算结果显示,公式计算与数值计算的结果较为吻合。当相对厚度大于0.5时,随着冻土厚度的发展(相对厚度的增大),理论计算结果与数值计算结果的差值迅速减小到0.5以内,当相对厚度大于0.6时,差值小于0.2℃当相对厚度为1及以上时,差值小于0.1℃。通过数值模拟验证了平均温度计算公式的准确性,也说明公式简化和修正的合理性,公式计算的误差满足工程应用的要求。     

管壁温度非恒定条件下单管冻结温度场解析计算

With the combination with the similar theory and analytic calculation, the single tube freezing problem under the surface temperature non-constant condition of the freezing tube was fully studied. The ...     

基于冻结器内纵向测温的冻结壁薄弱点精准定位技术

人工地层冻结温度场研究是掌握冻结壁发育状况的必要手段,通常以测温孔的实测数据来推算冻土圆柱的有效冻结半径,进而预测冻结壁交圈时间,但该方法易出现局部冻结壁监测盲区。为准确判断冻结壁整体闭合情况,通过对冻结器进行纵向测温,建立了短时停冻后的单孔冻土柱瞬态数学计算模型,借助Maple数学计算软件将复杂公式数字化,揭示了冻土柱半径与回路盐水温度、停冻时间的关系。最后以中国东庞矿西庞风井作为工程案例,通过对各个冻结器内纵向温度数据的计算分析,确定了冻结壁的薄弱位置,为冻结壁“窗口”出水事故的处理提供了理论依据。     

冻结管差异温度强化冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的局部难冻结地层,为对其强化冻结,提出了冻结管差异温度强化冻结方案。为验证差异温度的强化冻结效果,进行了单管冻结试验,同时基于有限体积法(FVM)原理,进行了强化冻结段-35℃、-40℃和-45℃三种条件下的单排管三维数值分析,并研究了冻结管上、下不同温度段的冻结温度场分布规律及冻结壁特征。结果表明:冻结管内可实现差异温度冻结,冻结管强化冻结段可显著增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度并强化地层的冷能耗散,使局部地层受到强化冻结。     

深厚卵砾石层冻结壁出水原因分析及治理

介绍了伊犁一矿副井冻结施工中冻结壁出水情况,为分析出水原因,进行了主圈冻结孔冻结器纵向测温;并根据单根冻土柱导热情况,建立了瞬时停冻后冻土柱内温度分布规律,借助Maple软件进行了分析计算。分析结果显示:副井存在一条由北侧流向南侧偏东的地下暗流,地下水的异常流动影响了冻结壁的交圈,而使冻结壁出现"窗口"。采用注浆降低地下水流速,并加强冻结的方式,有效地解决了地下水异常流动影响冻结壁交圈的事故,保证了冻结井筒施工安全。     

单排水平冻结工程温度场数值模拟

该文以广州地铁某客运站折返线暗挖法施工隧道为例,研究了单排水平冻结工程温度场、冻结壁的交圈时间、冻结壁的厚度以及影响冻结效果的因素,包括冻结管数量与间距、原始地温和冻结管外壁温度.研究表明.冻结壁内任意点的温度是各冻结管共同作用的结果,冻结管数量越多,冻结效果越好,但温度主要受临近的3个冻结管影响.按盐水冷媒的通常温度...     

单排管冻结巴霍尔金温度场控制参数敏感度分析

施工中常采用巴霍尔金公式根据现场实测的测温点温度数据,结合冻结孔布置方案来反算冻土帷幕厚度。为了使反算结果更加准确,针对巴霍尔金公式中的测温点位置、测温点温度及冻结管外表面温度3个参数对冻土帷幕厚度反算值影响的敏感度进行分析。结果表明：3个参数对冻土帷幕厚度的测算均有较大影响;测温点位置布置在冻土帷幕边界附近时能得到比较准确的计算结果;测温点温度的测量误差越大计算结果的误差也越大;冻结管外表面温度产生较大波动也会导致计算结果产生较大波动。     

盐水流量对冻结器热交换系数的影响

随着科技的进步,在冻结凿井领域提出了控制冻结技术。冻结器冷冻效率受多种因素影响,包括土层性质、冻结管直径、冻结孔间距、冻结时间、盐水温度及盐水流量。分析了冻结器单孔流量对热交换系数的影响研究得出:调节冻结器单孔流量可以改变其热交换系数,实现冻结过程的有效控制,可以为以后冻结控制技术的实施提供参考。     

白垩系地层冻结温度场实测与数值模拟分析

为了深入研究白垩系地层的冻结规律,现场实测并数值模拟了扎赉诺尔矿区灵东煤矿风井的冻结温度场,分析了其-260 m层位细砂岩的冻结壁温度场发展特性,给出了冻结壁发展速度等关键技术参数,并用数值模拟验证了现场实测规律。对该地区后续矿井的冻结设计、方案优化以及冻结施工具有指导意义。