透壁通风管路堤的降温特性研究

通过不同因素对透壁通风管路堤降温特性影响的室内试验研究,结果表明,透壁通风管的开孔率对路堤降温效果的影响比较明显,总体上,随着管壁开孔率的增大通风管路堤降温效果也随之增强,由于透壁通风管通风期间水分蒸发而产生蒸发耗热,从而使路堤土体温度降低,通风管材料对降温效果也有一定的影响,另外透壁通风管路堤仅负温通风时的降温效果整体上强于整个温度波动期间均通风时的降温效果。     

加装采风口增强通风管路堤的降温效果

针对青藏高原多年冻土区通风管路堤,研究了加装采风口对通风管路堤降温效果的增强作用.基于路堤通风管的进风量,具体分析了加装采风口增强通风管路堤降温效果的影响因素.分析表明,加装采风口后通风管路堤的冬季降温效果显著增强;当采风口安装在竖向通风管顶端时,通风管路堤冬季降温效果随着竖向通风管高度的增加而增加.对流换热是通风管路...     

透壁通风管对青藏铁路路基的冷却效果试验初探

路基通风作为一种积极主动保护冻土路基的冷却调控技术受到人们的广泛关注与重视，该方法能有效地抬升多年冻土上限，保护冻土路基的稳定性。目前的路基通风一般采用路基内预埋实体混凝土管或PVC管，管壁不能透风，主要通过管内空气流动和热传导方式达到冷却路基的目的。一种管壁开孔、可以透风的新型通风管——透壁通风管，既可以使低温的自然风通过管道运动降温；还因管壁透风，低温的冷空气可以透过管壁的大孔眼穿透到通风管周围的介质中，直接与其进行传导换热和对流换热，改变普通通风管单一的管壁传导换热模式，从而可更为有效地促使路基内热量的散失。为探索透壁通风管在青藏铁路路基中的实际作用效果而进行了青藏铁路透壁通风管路基初步试验。该试验路基短期监测资料的初步分析结果显示：透壁通风管对青藏铁路路基具有较好的冷却能力。可在一定程度上抬升冻土上限；透壁通风管路基经填土级配优化后效果更好，但其长期效果的显现还需经过若干个周期的长期监测和资料的进一步分析。     

透壁式通风管–块石复合路基降温效果模型试验及数值模拟

为研究透壁式通风管–块石复合气冷路基的降温效果,针对年均气温-3.5℃,平均风速2.5 m/s,主导风向为西北方向的高原环境条件开展了室内模型试验,对比分析了单一块石路基和透壁式通风管–块石复合路基的孔隙空气对流速度、特征点地温及模型整体温度场变化过程。试验结果表明:在透壁式通风管的疏导作用下,通风管与块石层复合结构能够起到强化路基体对流的效果,复合路基块石孔隙中的空气流速比单一块石路基提高约20%,使得复合路基模型底部的降温幅度是单一块石路基模型的2.2倍。建立了透壁式通风管–块石复合路基数值计算模型,对通风管内空气流速分布、路基温度场变化进行了预测分析。结果表明:空气流速在通风管中心达到最大值4.06 m/s,在管壁处流速出现跃变陡降,在块石介质区域里速度的数量级为10-1,与室内试验的结果较为一致。模型试验和数值计算结果均表明复合路基能够起到储存冷量、降低下伏多年冻土地温的作用。     

封闭与开放抛石路堤降温效果及机理对比试验研究

在多年冻土地区道路工程的修筑与维护中，所面临的最大问题就是冻土问题，抛石路堤对其下伏土体具有冷却降温的作用已得到公认。通过室内试验比较分析了封闭与开放抛石路堤结构降温效果及降温机理差异。试验结果表明：开放结构降温速度快，而封闭结构对外界温度变化相对不敏感，比较而言降温速度较慢，但从长远来看，在试验条件下，其降温能力要强于开放结构。同时，对抛石层顶底温差与其顶部温度变化关系以及抛石内温度场特征的分析，发现两种路堤结构在降温机理上存在着明显差异，封闭结构主要依靠内部空气自然对流强弱变化引起等效导热系数的变化来实现对其底部土层的降温作用；开放结构则主要依靠外界低温风的作用在其内部形成强迫对流，以强化传热的方式来实现降温。但实际工程中由于多种因素的影响往往导致两种对流方式同时并存，因此对于年平均气温低于0℃的多年冻土区而言，两种抛石路堤结构均应具有良好的应用前景。     

可调控通风管路基的降温效果

可调控通风管路基是一种理想的保护高温冻土的工程措施。针对青藏铁路高温冻土段存在的冻融问题,考虑太阳辐射和附面层对边界条件的影响,通过对传统和可调控通风管路基进行详细的数值仿真分析,结果表明:可调控通风管路基在夏季(8月份)0℃的等温线比传统的通风管路基要高,说明其冻土上限抬升较高,冻土会得到更好保护,并且其路基下面也不会出现融化盘;冬季(3月份)-4℃的等温线传递深度要比传统通风管路基深,其对路基基层冻土的降温速度和冷却效果要明显优于传统的通风管路基。     

多年冻土区道碴、通风管结构铁路路基室内试验研究

分析了路基典型部位的温度随时间的变化情况及整个路基中2个典型断面的温度场特征。结果表明:沿着风向方向,路基温度场呈不对称分布;通过通风管中心的断面和位于两根通风管中间的断面温度场在同一时刻相似;随着时间的推移,路基土体的温度有明显的降低,最大融化深度在逐渐减小,说明通风管结构形式能有效地为路基提供冷能,维持路基的稳定。     

碎石粒径对寒区路堤自然对流降温效应的影响

介绍了一种研究路堤碎石层自然对流效应的实验方法。对由碎石、卵砾石和砂砾石组成的6种试样进行了实验研究和理论分析,结果表明,在表面温度周期波动条件下,碎石层中能产生有利于寒区路基稳定的自然对流降温效应,利用平均Rayleigh数可确定碎石层自然对流的发生情况。在相同边界条件下,不同粒径的碎石层将产生不同的自然对流降温效应,其强度随粒径的增大而增大,并随表面温度周期波动而具有时间累加性。同时,确定何种粒径碎石的冬季降温效应为最佳还需要综合考虑其热传导性质。     

多年冻土区公路路堤碎石层厚度的计算

通过变渗透率多孔介质流函数控制方程,分析了青藏公路碎石路堤冬季自然对流降温效应的发生和演化过程。结果表明:公路碎石路堤冬季自然对流降温效应从边坡区域最先开始形成,并随着冬季路面温度下降而逐渐向路堤中间区域发展。通过引入自然对流指数,分析了自然对流降温效应随路堤碎石层填筑厚度的变化规律,其可分为恒零区、急增区和缓变区3个阶段,急增区的起点和终点对应于路堤碎石层填筑的最小厚度和最大厚度。最后,利用自然对流指数具体计算了不同粒径碎石层填筑的临界厚度。     

碎石铺设位置及粒径对路基降温效果影响的室内试验

为了考察粒径及铺设位置对多年冻土区碎石路基降温效果的影响,采用碎石、卵砾石和砂砾石三种材料在单一结构、复合结构和混合结构三种情况下,在尺寸为50 cm×50 cm×65 cm 的绝热箱体内进行了顶面气温周期性波动的一维传热试验。试验结果表明,碎石粒径为2⁴ cm、4⁶ cm、6⁸ cm 和10¹5 cm 的单一结构碎石体中均可产生自然对流机制,其中以碎石粒径为4⁶ cm 的碎石体降温效果最佳。采用不同粒径的混合结构或有上覆砂砾石和卵砾石层的复合结构都将削弱降温效果。碎石体的平均温度随碎石厚度增加而降低。为充分利用自然对流机制,多年冻土区应采用单一粒径为4⁶ cm 的碎石铺设路基,不应采用不同粒径的混合结构。碎石层应铺设在路基顶面。     

框架通风锚管多年冻土边坡新型支护结构的提出及通风能力初探

针对寒区冻土边坡失稳普遍采用被动技术治理的缺陷,基于“主动降温保护冻土”的理念,结合通风管和框架锚杆各自的优势,提出一种具有主动降温、减胀、支挡锚固功能一体化的多年冻土边坡新型支护结构,对其构造和工作原理进行了阐述;在考虑风速阻力损失的情况下,根据结构自然通风的驱动力和结构风场压差的等量关系,得出结构内部的风速计算公式,进而评价通风锚管的通风能力。结合算例,采用有限元和理论计算的方法对结构通风能力及影响因素进行分析,结果表明：结构具有较好的通风能力,对保持边坡的稳定有利;风压差为结构自然通风的主要驱动力,沿程阻力损失为结构的主要风速损失;抽风弯管的设置显著提高了通风能力;结构通风的最优管径比为0.4~0.7;结构自由段长度越大,通风能力越弱。     

青藏铁路块石路基结构的冷却效果监测分析

块石路基是青藏铁路积极保护多年冻土极为重要工程措施之一,60%的高温高含冰量路段采用了这种工程措施。通过对青藏铁路沿线块石路基下部土体温度监测分析,块石路基正在积极地发挥冷却路基的工程效应,极大地促进了多年冻土上限的抬升,但也引起了多年冻土温度升高。多年冻土温度升高随着工程热扰动的降低和块石路基"冷量”积累,已逐渐被抑制。然而,对于低温多年冻土来说,块石路基下部多年冻土上限附近温度有了较大的“冷量”积累,多年冻土正在朝着有利于热稳定方向发展。对于高温多年冻土来说,尽管多年冻土上限也得到了较大幅度的抬升,但升温过程和土体年收支的不平衡都在朝着不利于多年冻土热稳定方向发展。块石路基结构在高温多年冻土区适应性问题仍值得讨论,应采取相对应的补强措施,确保高温多年冻土区路基稳定性。     

砂填料桩承式路堤土拱效应模型试验

现有的桩承式路堤荷载传递计算方法主要依据3类土拱效应力学计算模型。由于宏观土拱形态观察的难度较大,现有计算方法普遍缺乏对不同填料与参数下拱效应传力机制以及宏观土拱拱形参数的深入探讨。采用自制的试验装置对砂填料桩承式路堤土拱效应模型进行探讨,进行了3组不同桩距比下3种填土高度的模型试验。模型试验装置配备了位移控制装置模拟与精确控制桩间土下沉,在下沉过程中连续、同步的采集土压力以及砂箱内部填料的照片,并通过摄影测量技术获取全场位移数据。通过对桩土应力比曲线特征以及曲线特征点所对应的填料颗粒位移图的综合分析,探讨了砂填料桩承式路堤拱效应传力机制,揭示了填料内部存在的初始三角形松动滑移面。基于此提出了初始三角拱力学计算模型,分析得到了滑移面角度随桩距比变化的规律,并利用滑移面夹角统计数据确定了拟合计算公式,通过力学推导建立了适用于砂填料桩承式路堤的桩土应力比计算方法。通过与Rogbeck法、BS8006法、Terzaghi法以及模型试验实测数据的对比,验证了计算方法的合理性。     

汽机房降温通风系统经济性分析

研究了汽机房不同降温通风方式(蒸发冷却、压缩式制冷、吸收式制冷等降温通风方式)的基本原理,结合实际工程案例,对各降温通风方式进行了设备选型,分析了各种方案的节能及经济性,为火电厂汽机房降温通风设计提供参考。     

A study on the potential of natural ventilation and cooling for large spaces in subtropical climatic regions

The potential of natural ventilation and cooling due to stack effects was investigated for large spaces with high ceilings. Different opening area ratios with respect to floor area were studied. Parameters of stack effects that consider floor heights were analyzed. Performance of natural ventilation was evaluated with cooling effects and indoor air quality for different months of the year. Three cities in northern, middle and southern Taiwan were used to represent typical subtropical weather types. It was found that opening ratio above 0.9％ is sufficient to provide fresh air to meet IAQ requirement. Two different temperature control strategies, fixed indoor temperature (FIT) and operative indoor temperature (OIT) were proposed and studied. A sensible cooling potential, f_pc, was proposed. Different levels of f_pc, namely, strong, medium, weak and not available were used to evaluate the number of days for which natural cooling, hybrid ventilation, mechanical air conditioning are to be applied to satisfy the cooling requirement. The research results presented can be used in the design of openings for large spaces, and also the air-conditioning control strategies for different seasons of the year.