11081
.pdf
(2)
(3)
(4)
260
2 Здесь представлена упрощенная методика оценки температурного
режима каменно-земляной плотины без учета влажности воздуха. В этих условиях уравнения тепло- и массопереноса в каменной наброске низовой призмы плотины принимают следующий вид.
1. Уравнение теплопереноса в скелете:
(5)
где – температура камня;
–время;
–пористость наброски;
-объемная теплоемкость камня;
–декартовые координаты;
-коэффициент эффективной теплопроводности наброски;
-объемный коэффициент теплообмена между камнем и воздухом в наброске;
– температура воздуха; |
. |
261
2. Уравнение конвективного теплопереноса:
(6)
где производная вследствие малой теплоемкости воздуха опущена;
–составляющие вектора скорости фильтрации воздуха;
–температура порового воздуха;
-объемный коэффициент теплообмена между камнем и воздухом в наброске;
–температура камня;
-объемная теплоемкость воздуха.
262
3. Уравнение неразрывности:
(7)
где |
, А – эмпирический коэффициент; |
–избыточное над атмосферным давление воздуха в порах наброски;
–коэффициент объемного расширения воздуха;
-плотность атмосферного воздуха в пределах высоты плотины;
–разность температур воздуха в порах наброски и воздуха, окружающего плотину.
Решение системы уравнений (1) – (7) осуществляется методом конечных разностей. Расчеты выполняются на ЭВМ с использованием итерационных схем по единой для всех элементов плотины программе [Богословский,
1986].
Более совершенная многофакторная математическая модель температурно-влажностного режима каменно-земляной плотины с учетом таяния – замерзания влаги в ее элементах (призмах из каменной наброски, противофильтрационном элементе, основании) приведена в работе
[Горохов, 2005].
263
Расчеты температурного режима грунтовых гидросооружений на ЭВМ
Большинство прогнозных задач о температурном режиме гидротехнических сооружений криолитозоны в постановке, отвечающей реальным ситуациям, можно решить лишь с помощью ЭВМ.
В ННГАСУ имеется опыт расчетов на ЭВМ нестационарного температурного режима грунтовых плотин и других гидросооружений методом конечных разностей в двумерных условиях [Богословский, 1986; Битюрин, 1993, 1994; Горохов 2011; Долгих, 2007; Соболь, 1989; Февралев, 1979, 1981, 1993], а также и в трехмерных условиях [Горохов, 2005, 2012].
Наиболее универсальной разработанной в ННГАСУ компьютерной программой для температурных расчетов является программный комплекс Nord – 3D [Горохов, 2000], имеющий свидетельство о государственной регистрации [Свидетельство №2012617703, 2012].
Комплекс Nord – 3D позволяет моделировать температурнофильтрационный режим каменно-земляных, каменнонабросных, земляных плотин и других гидросооружений из грунтовых материалов мерзлого и талого типов в трехмерных (соответственно и двумерных) условиях.
264
Программный комплекс Nord – 3D
Функционирует под управлением операционной системы Windows 2007. Состоит из двух независимых программных блоков: NordCalc и NordView.
Блок NordCalc
Предназначен для:
•подготовки и автоматизированного формирования исходных данных о геометрической форме исследуемого объекта, определения физических (и других) свойств грунтовых материалов, слагающих объект исследования, и задания внешних возмущающих факторов, характерных для природноклиматических условий района строительства объекта;
•моделирования температурного режима исследуемого объекта на основе совместного решения системы разностных аналогов сеточных уравнений тепло- и массопереноса совместно с начальными и граничными условиями.
Блок NordView
Предназначен для графической обработки получаемых программой NordCalc результатов моделирования температурного режима исследуемого объекта, которая заключается в автоматизированном
построении температурных и векторных (для воды и для порового воздуха) полей в запрашиваемых
исследователем сечениях
расчетной области.
|
Пользоваться услугами блока NordView можно независимо от блока NordCalc: |
|
• |
или параллельно (в режиме “online”) с работой вычислителя NordCalc; |
|
• |
или после завершения сеанса работы с ПК Nord – 3D. |
265 |
|
|
Натурные наблюдения температурного режима
Расчеты дают возможность приближенно оценить температурный режим сооружений на перспективу. Для представления о фактическом течении процесса ведут натурные наблюдения.
Температурные наблюдения выполняют с помощью
измерительных |
приборов |
– |
термисторов |
(полупроводниковых датчиков), помещенных в наблюдательные температурные скважины.
Измерения температуры проводят периодически. По ним строят температурные поля в различных плоскостях на разные моменты времени [Федосеев,
2009]
266
Вид на гребень плотины гидроузла на р. Ойуур – Юреге. Плотина снабжена автоматизированной системой дистанционного контроля температурного режима. 2012 г.
267
6. Температурный режим гидротехнических сооружений
по расчетам и наблюдениям
268
Температурный режим грунтовых плотин мерзлого типа
Плотина на р. Долгая в г. Норильске
Плотина земляная с ядром построена в 1942 г. До 1979 г. эксплуатировалась с воздушной замораживающей системой и ледником на низовом откосе, далее – с системой из колонок СОУ.
[Трупак, 1970]:
269