Вкладыш для гидроинтегратора
Патент 750500
Авторы
Классы МПК
Вкладыш для гидроинтегратора
Иллюстрации
Реферат
ОП ИКАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
1iii 750500 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 27.12.77 (21) 2560565/18-24
3 (5! )М. Кл. с присоединением заявки Ж—
G 06 G 5/00
Государственный комитет (23 } Приоритет— ао делам изобретений и открытий
Опубликовано 23.07.80. Бюллетень ¹ 27
Дата опубликования описания 28.07.80 (53) тдК 621-540 (088.8) (72) Автор изобретения
A. А. Коновалов (7!) Заявитель (54} ВКЛАДЫШ ДЛЯ ГИДРОИНТЕГPATOPA тоит в том, что он не позволяет учесть зависимость теплоемкости oT температуры. Последнее характерно, например, для промерзающих 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 выделе|ние скрытых теплот фазовых переходов.
Изобретение 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 и
10 приспособление для крепления к стенкам основного сосуда (1).
Площадь поперечного сечения вытесняющего тела (1о ) определяется по форму15 ле
m o т (1) где иэ - площадь поперечного сечения основного сосуда;
K - масштабный коаффициент, 2р
Гтъ определяемый по зависимости 1т 4, ив д с;
С - истинная объемная теплоемкость;
- термическое сопротивление;
p - гидравлическое сопротивление; — время протекания термичес1О кого процесса; т.. — время протекания гHgpBBIIH
1 ческого процесса, Недостаток известного вкладыша сос3 75
Эти дополнительные сосуды громоздкй, HBRocTATo÷íî совершенны и„кроме 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.
Uenb 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 теплоемкости (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 формуле где и „- площадь поперечного сечения вытесняющего тела, на данном уровне; шс - плошадь поперечного сечения сосуда;
K - масштабный коэффициент; — объемная теплоемкость
О полностью промерзшего грунта;
W - текущее значение влажнос\ ти грунта;
С, - соответствующая этой влажИ3 ности температура начала замерзания со знаком плюс; — расстояние по вертикали между данным уровнем и уровнем, соответствующим нулевой температуре, см;
Я - градиент температуры по высоте сосуда в пределах области ее отрицательных о значений, С/см; L
- объемная масса скелета грунта, кг/м ; скрытая теплота фазовых превращений влаги-, 80 ккал/кг.
На чертеже изображена конструкция предлагаемого вкладыша.
05 00 а
5
Вкладыш содержит элемент крепления к стенкам сосуда, например стержень 1, имеющий уступ 2, с нанизанными на нем пластинами 3 различной площади сечения, которые образуют вытесняющее тело 4, стержень 1 с помошью коромысла 5 закреплен вверху на стенках сосуда (на чертеже не показан).
Каждая пластина, вытесняя определенное количество воды, создает необходимую на данном уровне рабочую площадь поперечного сечения сосуда.
Толщина пластин может быть различной, но в наборе должны быть пластины различной площади, имеющие толщину, соответствующую точности определения температуры грунта в натурных условиях, например 0,2 С.
Поскольку при предлагаемой форме вкладыша соотношение высот в гидравлическом процессе и температур в тепловом может быть каким угодно, удобно выбрать следующий масштаб 1 см -1 С.
Тогда минимальная толщина пластин должна быть не более 2 мм.
Максимальная рабочая площадь поперечного сечения должна быть на отметке, соответствующей температуре начала замерзания грунта при заданной суммарной влажности. Эта плошадь для реальных размеров блоков соизмерима с суммарной площадью основных сосудов на серийных гидроинтеграторах системы Лукьянова (20+10+5+0,5 см ), поэтому для осушествления предложения не требуется привлечения дополнительных сосудов.
Принимаем, что температура начала замерзания грунта равна -0,1 С, а размео ры грунтового блока 0,5 х1 х 1 . Считаем, 9 что в пределах температурного интервала о
0,2 С теплоемкость постоянна. Тогда рабочая плошадь и плошадь самой верхней пластинки рассчитывается для температуры, средней между -0,1 и (-0,1)+(-0,2) о
=0,3, т. е. для минус 0,2 С. Эффективная теплоемкость для 1» 0,2 С равна о
С =496+0,35х0,2x80v1600x0,1r х х 0,9x0,2 " =.22100 ккал/оград.
Умножая полученное значение Сэ на масштабный коэффициент 0,00312 получаем необходимую рабочую площадь сечения 34,5 см . Соответственно пло 2 шадь вытесняющей пластины на этом уровне равна cv =35,5 - 34,5- 1 M ..
Плошадь нижележащей пластины рас» считывается уже цля уровня - 0,4 С и тъ де
750500 6 щений грунтовой влаги в пределах облас1 ти отрицательных значений температуры, вытесняющее тело выполнено с переменной по высоте площадью поперечного сечения, величина которой определяется.
Формула для расчета пластин вида (2), отвечающая монотонному, а не скачкообразному протеканию фазовых переходов грунтовой влаги, Gagee верно отражает физическую сущность прогресса.
Предлагаемое устройство вкладыша существенно расширяет функциональные возможности гидроинтегратора,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.
Вкладыш для гидроинтегратора, содержащий 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 п 1 . " (cо+О 5i tн5 (8 g) )ск I)I
/ где оз„ вЂ” плошадь поперечного сечения
10 вытесняющего тела, на данном уровне; о «плошадь поперечного сечения сосуда; к . — масштабный коэффициент;
15 С, - объемная теплоемкость полностью промерзшего грунта;
W, - текущее значение влажности грунта;
- соответствующая этой влаж-
20 ности температура начала замерзания со знаком плюс; — расстояние по вертикали между данным уровнем и уровнем, соответствующим нулевой температуре, см
y - градиент температуры по высоте сосуда в пределах области ее отрицательных значений, С/см;
30 — объемная масса скелета грунта, кг/м ;
1 - скрытая теплота фазовых превращений влаги, 80 ккал/кг..
Источники информации, 35 принятые во внимание при экспертизе
1. Головко М, Q. Метод расчета чаши протаивания в основаниях зданий, возводимых на многолетнемерзлых грунтах. М,, 1 95 8, с. 22 (прототип) .
ЦНИИПИ Заказ 4468/19
Тираж 751 Подписное
Филиал ПЛП "Патент, г. Ужгород,ул. Проектная, 4