ТУННЕЛИ В НАРУЖНОЙ ПОЧВЕ
Возьмем эскиз туннеля (рис. 83) иод заводским двором и проследим способ расчета теплопотерь.
а) Теплопотерн боковых стенок. В точках. х по внешней боковой поверхности туннеля при отсутствии притока теплоты от него в почву имелся бы зимой лишь естественный поток теплоты в почве снизу вверх. Величина его для заданных климатических условий определяется, как сказано выше, иа основании таблиц почвенных температур.
Этим потоком и обусловливается естественное распределение температур в почве, т. е. их градиенты по глубине (соответственно изменяющимся термическим сопротивлениям в сторону наружного воздуха). Мы будем принимать эго распределение, как в установившемся состоянии, по наклонной прямой, т. е. рост температур от поверхности вниз по наклонной прямой, соединяющей точку нулевой температуры на глубине промерзания с точкой поверхностной температуры почвы (см. эскиз слева); последняя (/0) для свободного грунта определится из уравнения теплового баланса для точек поверхности земли под снегом,
|
как это было показано выше в § 1, или по климатологическим данным Тогда на любой глубине k м температура почвы будет равна: , И — h Перейдем к точкам х при прогреве от туннеля в установившемся В самом деле, точки х внизу меньше получают теплоты от туннеля аккумулируют ее (под защитой более Исходя из этого, найдем темпе- вертикальными плоскостями с промежутками Д м и будем учитывать тем- Приток слева будет равен —tx), где ks——— |
|
например толщину кладки ек — 0,6 м и ее коэфициент ^ = 1.Q (с почвенной влажностью), Т = -{-10° и ав = 7,5, имеем &g=l,37, а приток от туннеля будет 1,37 (10 — tx); вместе же с естественным притоком снизу имеем Q -{— 1,37 (10 — tx). Расход теплоты вверх будет равен: к0 (х- І—г; >г+>,:+7г |
|
при h — 1,0 Хп == 1,5, вс = 0,20, Хо = 0,55, ан = 20 это дает k0 —0,9, а расход будет 0,9 (х—7" ). Наконец расход вправо, в сторону холодного грунта, будет: |
|
приняв |
|
1 |
|
+ £■ |
|
7"), причем |
если примем Д = 0,5 м. Таким образом имеем уравнение:
<?+ 1.37 (10 _ Q - 0,9 (tx - Г ) + G (tx - tj.
Из пего определим іг в функции от tx. Имеем вообще:
Далее составим уравнение теплового баланса для точки хг Она будет получать теплоту слева от точки х и снизу в виде нормального потока, а терять вверх и вправо.
Аналогично предыдущему уравнение будет:
Q+ь4"л - У = <*„ - т’н) -1- - х У - У ■
где < известно в функции от t ; отсюда # = о (/ ).
Я/; ** л Я/о з ^ 3/
Для точки х, имеем уравнение:
УтР,-у=*; у - y-f-r у-у-
откуда tx = ©, (7г).
Таким же образом получим f = ®5С^е) н т - д-
На достаточном удалении от туннеля можем принять соответствующую температуру слоя земли хп равной естественной температуре ее
rj ^
без влияния подогрева от туннеля, т. е. равной величине t0 • —,
/У — h
и таким образом приняв vn (tx) = t0 —jj—, найти tx.
Разумеется, чем больше слоев возьмем в расчет, тем будет точнее решение.
Таким образом можем определить теплопотерю в любой точке боковой поверхности по'формуле k3 (Г, — t ).
б) Теплопотерн- днища. На крайней внешней точке (угле) днища температура і совпадает с определенной для того же пункта боковой стены. Определим температуру tx под серединой днища. Для составления уравнения теплового баланса обратим внимание на то, что приток теплоты имеется только сверху от туннеля, а расход — в обе боковые стороны, к точкам с температурой t поровну и кроме того еще потеря вниз. Последняя ниже предыдущих; но можем принять ее с некоторым запасом в расчете равной с ними. Тогда имеем уравнение:
/г4 (10 — tx) = (4 — О»
где L — ширина туннеля и /г, ■—коэфициеит теплопередачи пола.
Отсюда найдем температуру tx, а попей к по t—среднюю температуру подполья, следовательно и теплопотерю пола.
в) Теплопотерн верхним перекрытием. Для правильного выбора коэфициентов X надо прежде всего узнать, в каком состоянии буду'т грунт н снег над перекрытием — в талом или замерзшем. Для этого определим температуру tx в разделительной плоскости между бетоном перекрытия и землей. Для этого пишем уравнение теплового баланса для этого уровня:
А5(10-/*) = Ав(*,— Та),
где
и •
/г!----------------------------------------
С 1 . е е
+ Т <ГРУНТ) + Г (спег)
Найдя tm увидим агрегатное состояние грунта (точнее — влаги в грунте) п выберем для него соответствующий коэфициент X. После этого рассчитываем теплопотерю перекрытием, как стенкой в воздушной "среде.
Рассмотренный вопрос о теплопотерях туннеля дает нам возможность определять степень изоляции его трубопроводов для обеспечения желаемой в нем температуры 7". Очевидно, то же количество теплоты Q, которое теряет туннель при этой температуре, должно быть выделяемо трубопроводами при искомой их изоляции. Взяв уравнение (8) из части I, главы 1, легко проверим по заранее найденному Q любую предположенную изоляцию.
