Вкладыш для гидроинтегратора

ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпик 11 750500гФрОпубликовано 23 07 80 Бюллетень27 Датз опубликования описания 28,07.80(54) ВКЛАДЫШ ДЛЯ ГИДРОИНТЕГРАТОРА тоит в том, что он не позволяет учестьзависимость теплоемкости от температуры, Последнее характерно, например, дляпромерзающих и оттаивающих грунтов. Происходящие в промерзающих и от-таивающих грунтах фазовые переходы влаги, которые и обуславливают зависимость их теплоемкости от температуры, вынуждают при моделировании теплопередачи, помимо основных сосудов с вкладышами, применять доподнительные сосуды, на которых воспроизводится выделение скрытых теплот фазовых переходов. 1Изобретение относится к области моделирования процессов теплопередачи в промерзающих и оттаивающих грунтах.Известен вкладыш, который устанавливается в основной сосуд гидравлического интегратора для создания в нем необходимой рабочей плошади поперечного сечения, с помощью которого воспроизводится теплоемкость грунта, Вкладыш включает вытесняющее тело, имеющее постоянную по длине плошадь поперечного тела и1 О приспособление для крепления к стенкам основного сосуда 1.Площадь поперечного сечения вытесняющего тела (м) определяется по форму 15 ле фп с ттз со т (1) где иэ - площадь поперечного сечения основного сосуда;тс - масштабный коаффициент, 20определяемый по зависимости 1 т4. ъ - - -ъ д с; 2С - истинная объемная теплоемкость;Й - термическое сопротивление;р - гидравлическое сопротивление;- время протекания термичес 1 Ркого процесса;т - время протекания гидравлического процесса, Недостаток известного вкладыша сос 3 75Эти дополнительные сосуды громоздкй, недостаточно совершенны икроме того, не позволяют учесть кристаллизацию и плавление грунтовой влаги в спектре отрицательных температур,Все это сужает функциональные возможности гидроинтегратора и усложняет моделирование процессов фазовых переходов.Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей гидроинтеграто-. ра путем моделирования процесса фазовых переходов грунтовой влаги в пределах области отрицательных значений температуры за счет воспроизводства в основном сосуде с вкладышем эффективной тепло- емкости (Сэ ), учитывающей как истинную теплоемкость, так и скрытые теплоты фазовых переходов грунтовой влаги.Поставленная цель достигается тем, что вытесняющее тело в пределах области отрицательных значений температуры выполнено с переменной по высоте площадью поперечного сечения, рассчитываемой по формулегде ш - площадь поперечного сечения вытесняющего тела, наданном уровне;шс - плошадь поперечного сечения сосуда;К - масштабный коэффициент;- объемная теплоемкостьйполностью промерзшегогрунта;И - текущее значение влажности грунта;Г - соответствующая этой влажИЪности температура началазамерзания со знаком плюс;- расстояние по вертикалимежду данным уровнем иуровнем, соответствующимнулевой температуре, см;Я - градиент температуры повысоте сосуда в пределахобласти ее отрицательныхозначений, С/см;- объемная масса скелетагрунта, кг/м;скрытая теплота фазовыхпревращений влаги,80 ккал/кг,На чертеже изображена конструкцияпредлагаемого вкладыша, 0500 а 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Вкладыш содержит элемент крепленияк стенкам сосуда, например стержень 1,имеющий уступ 2, с нанизанными на немпластинами 3 различной площади сечения,которые образуют вытесняющее тело 4,стержень 1 с помошью коромысла 5 закреплен вверху на стенках сосуда (начертеже не показан).Каждая пластина, вытесняя определенное количество воды, создает необходимуюна данном уровне рабочую площадь поперечного сечения Сосуда,Толщина пластин может быть различной, но в наборе должны быть пластиныразличной площади, имеющие толшину,соответствующую точности определениятемпературы грунта в натурных условиях,например 0,2 С,Поскольку при предлагаемой формевкладыша соотношение высот в гидравлическом процессе и температур в тепловом может быть каким угодно, удобновыбрать следующий масштаб 1 см -1 С,Тогда минимальная толщина пластин должна быть не более 2 мм.Максимальная рабочая плошадь поперечного сечения должна быть на отметке,соответствующей температуре начала замерзания грунта при заданной суммарнойвлажности. Эта плошадь для реальныхразмеров блоков соизмерима с суммарной площадью основных сосудов на серийных гидроинтеграторах системы Лукьянова (20+1 СН 5+0,5 см ), поэтому дляосушествления предложения не требуется привлечения дополнительных сосудов.Принимаем, что температура начала замерзания грунта равна -0,1 С, а размеоры грунтового блока 0,5 х 1 х 1 . Считаем,3что в пределах температурного интервалао0,2 С теплоемкость постоянна. Тогда рабочая плошадь и плошадь самой верхнейпластинки рассчитывается для температуры, средней между -О, 1 и (-О, 1)+(-О, 2)- о=0,3, т. е, для минус 0,2 С, Эффективнаятеплоемкость для 1 -0,2 С равнаоС =496+0,35 х 0,2 Х 80 х 1600 х 0,1/ хх 0,9 х 0,2=.22100 ккал/оград. Умножая полученное значение Сэ на масштабный коэффициент 0,00312 получаем необходимую рабочую площадь сечения 34,5 см . Соответственно плоЯшадь вытесняющей пластины на этом уровне равна со =35,5 - 34,5- 1 смф,Плошадь нижележащей пластины рассчитывается уже цля уровня - 0,4 С и тъ де750500 6шений грунтовой влаги в пределах облас 1ти отрицательных значений температуры, вытесняющее тело выполнено с переменной по высоте площадью поперечного сечения, величина которой определяется. Бформула для расчета пластин вида (2), отвечающая монотонному, а не скачкообразному протеканию фазовых переходов грунтовой влаги, бодее верно отражает физическую сущность прогресса,Предлагаемое устройство вкладыша существенно расширяет функциональные возможности гид роинте гратора, позволяет моделировать фазовые переходы грунтовой влаги в спектре отрицательных температур. При этом воспроизводство теплоемкости и скрытых теплот фазовых переходов совмещается в основном сосуде с вкладышами предлагаемой конструкции, В свою очередь, это избавляет от необходимости использования дополнительных емкостей для моделирования скрытых теплот фазовых переходов, уменьшает трудозатраты на моделирование. Трудо.затраты на моделирование сокращаются еще и потому, что из расчета выпадает один из масштабных коэффициентов, включающий фазовое тепло, соответственно отпадает необходимость в специальном определении масштабного соотношения между напором воды (высотой) и температурой - это соотношение задается по удобству. 25 Вкладыш для гидроинтегратора, содержаший вытесняющее тело, связанное с элементом для крепления к стенкам сосуда, отличающийся тем, . что, с целью расширения функциональных возможностей гидроинтегратора путем моделирования процесса фазовых превраформула изобретения где о. - площадь поперечного сечения10 вытесняющего тела, на данном уровне;оплошадь поперечного сечениясосуда;к . - масштабный коэффициент:15 С, - объемная теплоемкость полностью промерзшего грунта;Фг, - текущеезначение влажностигрунта;- соответствующая этой влаж 20 ности температура началазамерзания со знаком плюс;- расстояние по вертикали между данным уровнем и уровнем, соответствующим нулевой температуре, сму - градиент температуры по высоте сосуда в пределах области ее отрицательных значений С/см30 - объемная масса скелета грунта, кг/м;- скрытая теплота фазовых превращений влаги, 80 ккал/кг.,Источники информации,35 принятые во внимание при экспертизе1. Головко М, Д, Метод расчета чашипротаивания в основаниях зданий, возводимых на многолетнемерзлых грунтах. М.,1958, с, 22 (прототип).ЦНИИПИ Заказ 4468/19Тираж 751 Подписноефилиал ПЛП "Патент",г. Ужгород, ул. Про як тна я, 4