Определение оптимального шага укладки между трубами испарителя и количества конденсаторных блоков системы температурной стабилизации грунтов ГЕТ

• Published in: Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy
• Main Authors: Ishkov, A. A., Anikin, G. V., Ишков, А. А., Аникин, Г. В.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Издательство Тюменского государственного университета 2020
• Subjects: heat and mass transfer; frozen ground; temperature fields; soil temperature stabilization; thermal physics; тепломассоперенос; мерзлый грунт; температурные поля; температурная стабилизация грунтов; теплофизика; Arctic; Subarctic
• Online Access: https://elib.utmn.ru/jspui/handle/ru-tsu/3312; https://doi.org/10.21684/2411-7978-2020-6-1-100-117

Interest in developing the resource base of the Arctic and subarctic regions has recently increased thanks to the efforts of the media, oil corporations and the government, however, it must be understood that during the construction on the soils of these regions, in which ice acts as a cementing material, their natural temperature regime is violated. leading to the melting of the ice phase. It is known that when thawing frozen soil it loses its strength properties, as a result of which the foundations of the structures on which they are built are at risk of deformation and destruction. To solve this problem, special devices have been developed - seasonally acting cooling devices (SOU), which cool the soil in the cold season and "lock up" in the warm. For this reason, these devices are also called "thermal diodes." In this work, we consider the system of temperature stabilization of soils HET (horizontal naturally acting tubular system) installed at the base of a vertical steel tank (PBC) filled with hot oil-water mixture. A system is considered, in which ammonia acts as a coolant. In addition, the article carried out calculations of various design solutions of the HET system, expressed in variations of such parameters as the length of the evaporator, the number of condensers, and the installation step between the pipes of the evaporator. The work raises the question of justifying the laying step between the pipes of the HET system evaporator and the number of condenser blocks that will be sufficient for the effective functioning of the system, i.e., to maintain the soil in a frozen state. It is shown that for the effective functioning of the system it is not necessary to use a standard paving step equal to 0.5 m, but it can be increased without the risk of losing the bearing capacity of frozen soil. One of the results of the work is the fact that the system is overdetermined by the temperature of stabilization of soils of the HET type at small distances of the laying step relative to the increased distance, which is expressed in a decrease in the number of working days during a calendar year, all other things being equal. Интерес к освоению ресурсной базы арктических и субарктических регионов в последнее время повысился благодаря усилиям СМИ, нефтяных корпораций и правительства, однако необходимо понимать, что при строительстве на грунтах этих регионов, у которых в качестве цементирующего материала выступает лед, происходит нарушение их естественного температурного режима, что приводит к таянию ледовой фазы. Известно, что при растеплении мерзлый грунт теряет свои прочностные свойства, в результате чего фундаменты построенных на нем сооружений подвержены риску деформации и разрушения. Для решения этой проблемы были разработаны сезонно действующие охлаждающие устройства (СОУ), которые охлаждают грунт в холодное время года и «запираются» в теплое. По этой причине данные устройства также называют «тепловыми диодами». В настоящей работе рассмотрена система температурной стабилизации грунтов ГЕТ (горизонтальная естественно действующая трубчатая система), установленная в основании резервуара вертикального стального (РВС), заполненного горячей водонефтяной смесью. Рассматривается система, в качестве теплоносителя в которой выступает аммиак. Кроме того, в статье проведены расчеты различных конструктивных решений системы ГЕТ, выраженных в вариации таких параметров, как длина испарителя, количество конденсаторов, шаг укладки между трубами испарителя. В работе поднимается вопрос об обосновании шага укладки между трубами испарителя системы ГЕТ и количестве конденсаторных блоков, которых будет достаточно для эффективного функционирования системы, т. е. для поддержания грунтов в мерзлом состоянии. Показано, что для эффективного функционирования системы не обязательно использовать стандартный шаг укладки, равный 0,5 м, а можно его увеличить без риска потерять несущую способность мерзлого грунта. В качестве одного из результатов работы выступает факт переопределенности системы температурой стабилизации грунтов типа ГЕТ при малых расстояниях шага укладки относительно увеличенного расстояния, что выражено в уменьшении количества рабочих дней в течение календарного года при прочих равных условиях.