大流速渗透地层三管冻结稳态温度场解析解

发布时间：2021-04-19 09:24

　　采用"分段等效"的方法对水热耦合作用下三管冻结稳态温度场的冻结锋面进行简化,通过定义"调节系数",利用势函数叠加原理推导了三管冻结温度场解析解。结合三管冻结大型物理模型试验,将解析解计算结果与试验结果进行比较。结果表明,解析解计算结果与试验结果较为吻合。当渗流速度由0增加至6 m/d时,渗流场的存在使得三管冻结温度场进入稳定阶段的时间延长了1 000 min,是无渗流速度时的1.57倍;同时,上游区域冻结锋面的扩展范围减小,下游区域的扩展范围增大,两侧区域的扩展范围基本相等。由解析解可以得出,渗流场使得上、两侧、下游轴线上的平均温度由-9.15、-7.76、-9.10℃降低为-9.71、-10.02、-9.10℃,说明渗流场的存在对三管冻结稳态温度场分布规律影响较大,为大流速渗透地层人工冻结设计提供参考。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(28)北大核心

【文章页数】：9 页

【图文】：

简化温度场图

三管冻结物理模型试验系统如图2所示。整个试验系统由多孔介质试验区、冻结系统、渗流场模拟系统、数据采集系统等组成。实验箱体的尺寸为2 500 mm×2 000 mm×1 000 mm,箱体两端各安装8个规格为40 mm×2 mm的钢管,分别作为进水管以及出水管。箱体沿着长度方向被两道100目的滤网分成3部分,其中中间部分为主体实验室,其长度为2 000 mm,该部分用来容纳多孔介质;在箱体的两端各设置一段长度为250 mm的缓冲室,缓冲室内填满石子,从水管中流出的水流会通过缓冲层的缝隙流向中间区域的多孔介质,从而保证水流能够沿着箱体截面均匀的进入中间的主体试验区。本次试验选用粒径为1 mm的圆粒石英砂来模拟多孔介质,该种类的砂粒径均匀,经压实可以在箱体中形成均匀孔隙率的多孔介质,具有较好的渗透性,同时该类砂的石英含量较高,具有较好的导热性能,其热物理参数如表1、表2所示。

当渗流速度v=0,即当饱和多孔介质中无流动的地下水作用时,对应同一时刻,位于I轴线上对称位置的测点的温度基本相同,说明测点的布置较为精确,土层均质,随着冻结时间的延长,在冻结后期相邻两曲线之间的间距逐渐减小,表明在进入相对稳定的阶段后,冻结温度场的扩散速率减慢,冻结时间为1 500 min的曲线几乎与冻结时间为1 750 min的曲线重合,所以可以认为在无渗流场作用时,当冻结温度为1 750 min时,冻结温度场进入稳定冻结阶段。图4 I轴温度空间分布图

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3147285