【摘要】：鹽水凍結(jié)是地層止水和加固方法之一,但是含地下水流飽和砂層凍結(jié)時凍結(jié)壁發(fā)展緩慢甚至不交圈,而液氮凍結(jié)可以快速解決地下水流問題。本文結(jié)合市政工程中經(jīng)常采用布孔形式,以飽和砂滲流地層的人工凍結(jié)過程作為研究對象,采用數(shù)值模擬和物理試驗兩種研究方法對滲流作用下液氮凍結(jié)溫度場發(fā)展規(guī)律進行系統(tǒng)研究。考慮到液氮溫度的不均勻性,通過數(shù)值模擬研究管壁溫度分布情況,并結(jié)合實際情況建立Comsol計算模型。通過偏微分方程實現(xiàn)滲流場與溫度場的耦合。通過單管計算結(jié)果得出不同流速與管壁溫度在地下水流作用下液氮凍結(jié)溫度場發(fā)展規(guī)律;通過典型參數(shù)分析,得出四根凍結(jié)管在滲流作用下的凍結(jié)規(guī)律;通過單因素分析研究地下水流速、凍結(jié)管間距、管壁溫度以及水流溫度對凍結(jié)溫度場的影響;運用正交試驗研究各因素對液氮凍結(jié)滲流溫度場和交圈時間的影響顯著性。根據(jù)相似準則,進行物理試驗研究得出各測點溫度變化情況,依據(jù)測點溫度求出凍結(jié)壁厚度變化規(guī)律。根據(jù)試驗中測得的管壁溫度通過相似準則還原到原型進行數(shù)值模擬,得出結(jié)果與物理試驗進行對照驗證數(shù)值模擬的可靠性。
[Abstract]:Salt water freezing is one of the methods to stop water and reinforce the formation, but the freezing wall develops slowly or even does not cross the circle when the saturated sand layer with groundwater flow is frozen, and liquid nitrogen freezing can solve the problem of groundwater flow quickly. In this paper, the artificial freezing process of saturated sand percolation formation is often used in municipal engineering. The development of liquid nitrogen freezing temperature field under seepage is studied systematically by numerical simulation and physical test. Considering the inhomogeneity of liquid nitrogen temperature, the temperature distribution of pipe wall was studied by numerical simulation, and the Comsol calculation model was established according to the actual situation. The coupling of seepage field and temperature field is realized by partial differential equation. The development law of liquid nitrogen freezing temperature field under the action of groundwater flow with different velocity of flow and tube wall temperature is obtained by single pipe calculation, and the freezing law of four freezing tubes under seepage is obtained through the analysis of typical parameters. The effects of the flow velocity of groundwater, the spacing of freezing tubes, the temperature of pipe wall and the temperature of water flow on the freezing temperature field were studied by single factor analysis, and the effects of these factors on the temperature field and intersecting time of liquid nitrogen freezing seepage were studied by orthogonal test. According to the similarity criterion, physical experiments were carried out to obtain the temperature variation of each measuring point, and the variation law of freezing wall thickness was obtained according to the temperature of the measuring point. According to the measured wall temperature in the experiment, the tube wall temperature is reduced to the prototype by similarity criterion, and the results are compared with the physical test to verify the reliability of the numerical simulation.
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU99

【參考文獻】

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本文編號：2200236