饱和砂层渗流作用下液氮快速冻结温度场研究

发布时间：2018-08-24 08:39

【摘要】：盐水冻结是地层止水和加固方法之一,但是含地下水流饱和砂层冻结时冻结壁发展缓慢甚至不交圈,而液氮冻结可以快速解决地下水流问题。本文结合市政工程中经常采用布孔形式,以饱和砂渗流地层的人工冻结过程作为研究对象,采用数值模拟和物理试验两种研究方法对渗流作用下液氮冻结温度场发展规律进行系统研究。考虑到液氮温度的不均匀性,通过数值模拟研究管壁温度分布情况,并结合实际情况建立Comsol计算模型。通过偏微分方程实现渗流场与温度场的耦合。通过单管计算结果得出不同流速与管壁温度在地下水流作用下液氮冻结温度场发展规律;通过典型参数分析,得出四根冻结管在渗流作用下的冻结规律;通过单因素分析研究地下水流速、冻结管间距、管壁温度以及水流温度对冻结温度场的影响;运用正交试验研究各因素对液氮冻结渗流温度场和交圈时间的影响显著性。根据相似准则,进行物理试验研究得出各测点温度变化情况,依据测点温度求出冻结壁厚度变化规律。根据试验中测得的管壁温度通过相似准则还原到原型进行数值模拟,得出结果与物理试验进行对照验证数值模拟的可靠性。
[Abstract]:Salt water freezing is one of the methods to stop water and reinforce the formation, but the freezing wall develops slowly or even does not cross the circle when the saturated sand layer with groundwater flow is frozen, and liquid nitrogen freezing can solve the problem of groundwater flow quickly. In this paper, the artificial freezing process of saturated sand percolation formation is often used in municipal engineering. The development of liquid nitrogen freezing temperature field under seepage is studied systematically by numerical simulation and physical test. Considering the inhomogeneity of liquid nitrogen temperature, the temperature distribution of pipe wall was studied by numerical simulation, and the Comsol calculation model was established according to the actual situation. The coupling of seepage field and temperature field is realized by partial differential equation. The development law of liquid nitrogen freezing temperature field under the action of groundwater flow with different velocity of flow and tube wall temperature is obtained by single pipe calculation, and the freezing law of four freezing tubes under seepage is obtained through the analysis of typical parameters. The effects of the flow velocity of groundwater, the spacing of freezing tubes, the temperature of pipe wall and the temperature of water flow on the freezing temperature field were studied by single factor analysis, and the effects of these factors on the temperature field and intersecting time of liquid nitrogen freezing seepage were studied by orthogonal test. According to the similarity criterion, physical experiments were carried out to obtain the temperature variation of each measuring point, and the variation law of freezing wall thickness was obtained according to the temperature of the measuring point. According to the measured wall temperature in the experiment, the tube wall temperature is reduced to the prototype by similarity criterion, and the results are compared with the physical test to verify the reliability of the numerical simulation.
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU99

【参考文献】

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本文编号：2200236