采用"分段等效"的方法對水熱耦合作用下三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場的凍結(jié)鋒面進(jìn)行簡化,通過定義"調(diào)節(jié)系數(shù)",利用勢函數(shù)疊加原理推導(dǎo)了三管凍結(jié)溫度場解析解。結(jié)合三管凍結(jié)大型物理模型試驗(yàn),將解析解計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,解析解計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。當(dāng)滲流速度由0增加至6 m/d時(shí),滲流場的存在使得三管凍結(jié)溫度場進(jìn)入穩(wěn)定階段的時(shí)間延長了1 000 min,是無滲流速度時(shí)的1.57倍;同時(shí),上游區(qū)域凍結(jié)鋒面的擴(kuò)展范圍減小,下游區(qū)域的擴(kuò)展范圍增大,兩側(cè)區(qū)域的擴(kuò)展范圍基本相等。由解析解可以得出,滲流場使得上、兩側(cè)、下游軸線上的平均溫度由-9.15、-7.76、-9.10℃降低為-9.71、-10.02、-9.10℃,說明滲流場的存在對三管凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場分布規(guī)律影響較大,為大流速滲透地層人工凍結(jié)設(shè)計(jì)提供參考。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(28)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【圖文】：

簡化溫度場圖

三管凍結(jié)物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)由多孔介質(zhì)試驗(yàn)區(qū)、凍結(jié)系統(tǒng)、滲流場模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。實(shí)驗(yàn)箱體的尺寸為2 500 mm×2 000 mm×1 000 mm,箱體兩端各安裝8個(gè)規(guī)格為40 mm×2 mm的鋼管,分別作為進(jìn)水管以及出水管。箱體沿著長度方向被兩道100目的濾網(wǎng)分成3部分,其中中間部分為主體實(shí)驗(yàn)室,其長度為2 000 mm,該部分用來容納多孔介質(zhì);在箱體的兩端各設(shè)置一段長度為250 mm的緩沖室,緩沖室內(nèi)填滿石子,從水管中流出的水流會通過緩沖層的縫隙流向中間區(qū)域的多孔介質(zhì),從而保證水流能夠沿著箱體截面均勻的進(jìn)入中間的主體試驗(yàn)區(qū)。本次試驗(yàn)選用粒徑為1 mm的圓粒石英砂來模擬多孔介質(zhì),該種類的砂粒徑均勻,經(jīng)壓實(shí)可以在箱體中形成均勻孔隙率的多孔介質(zhì),具有較好的滲透性,同時(shí)該類砂的石英含量較高,具有較好的導(dǎo)熱性能,其熱物理參數(shù)如表1、表2所示。

當(dāng)滲流速度v=0,即當(dāng)飽和多孔介質(zhì)中無流動的地下水作用時(shí),對應(yīng)同一時(shí)刻,位于I軸線上對稱位置的測點(diǎn)的溫度基本相同,說明測點(diǎn)的布置較為精確,土層均質(zhì),隨著凍結(jié)時(shí)間的延長,在凍結(jié)后期相鄰兩曲線之間的間距逐漸減小,表明在進(jìn)入相對穩(wěn)定的階段后,凍結(jié)溫度場的擴(kuò)散速率減慢,凍結(jié)時(shí)間為1 500 min的曲線幾乎與凍結(jié)時(shí)間為1 750 min的曲線重合,所以可以認(rèn)為在無滲流場作用時(shí),當(dāng)凍結(jié)溫度為1 750 min時(shí),凍結(jié)溫度場進(jìn)入穩(wěn)定凍結(jié)階段。圖4 I軸溫度空間分布圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3147285