湿空气对开放块石层湿热特性影响的试验研究

青藏高原暖湿化趋势日益加剧,空气中的水汽质量分数随季节变化差异较大致使空气物性参数、焓值等产生变化,可能会间接影响块石路基的换热过程。本文基于模型试验及空气热力学理论,对等压条件下干、湿空气中块石层内湿热特性进行了分析。结果表明:在等压条件下干、湿空气温差与水汽质量分数呈正相关关系,且水汽质量分数变化速率低于温差变化速率8%。基于地表能量平衡方法计算了考虑水汽影响的块石表层感热通量,发现两种空气条件下的感热通量差值与水汽质量分数也呈正相关关系,此时水汽质量分数变化速率高于感热通量差值变化速率9.8%。日出后干、湿空气与深层块石的对流换热差值主要受空气相对湿度控制,日落后由于干、湿空气温差较大则受空气温差影响。水汽质量分数较低时,干、湿空气焓值差变化速率高于水汽质量分数变化率约87%,焓值差变化率高于水汽质量分数变化率约21%,该现象随着水汽质量分数下降而愈加明显。研究结果对于评价和预测湿空气条件下块石结构路基的长期热稳定性具有重要工程意义。

基于实体重构的块石夹层路基非热平衡效应研究

大粒径块石结构对多年冻土地基有重要的“热防护”作用,建立能准确反映其内部换热机理的数值模型对评估青藏铁路块石路基的长期热稳定性至关重要。依托北麓河非正线试验段块石夹层路基实体工程,通过改进建模方法,建立能反映块石内部结构特征的实体模型,在验证和对比分析其与传统热平衡模型计算结果差异的基础上,进一步分析块石结构层的局部非热平衡效应。研究结果表明:热平衡模型浅层土体存在14.4%的温度误差,主要原因是高估了块石层上下壁面热流及内部空气焓值,评价其短期降温能力时误差小,长期则会产生较大误差;块石内部非热平衡状态是普遍状态,随季节变化仅在小范围会趋近于热平衡状态,该区域流固温差为0.01~0.8℃。考虑块石骨架内流固及壁面边界处非热平衡效应的模型可实现更精细化求解。

块石基底路基中局部非热平衡效应研究

块石作为一种高孔隙率、大粒径的多孔介质,因其可通过调节内部冷暖季节对流方式实现多年冻土路基降温,而被广泛应用于青藏铁路工程以减弱气候变暖及工程扰动对多年冻土路基的影响。因此,精准描述块石路基结构换热机理并模拟其长期热防护效应十分重要。在一些领域内,已经证明使用局部非热平衡(LTNE)可以提升多孔介质的计算精度,但在块石结构孔隙尺度下的传热效能计算中仍较少使用。其中,多孔介质内部流固换热系数(hsf)是LTNE能量方程中重要的参数,该系数如何选取也决定着模型计算的准确性。本文以块石基底路基为例,通过数值模拟方法,将传统路基使用的局部热平衡(LTE)模型与LTNE模型的模拟结果与实测数据进行对比,并分析了不同经典hsf对块石结构换热的影响。研究结果表明,块石基底路基局部非热平衡效应明显:模拟结果显示LTNE模型中,同一时间内块石与空气温度不相等,空气与块石在夏季和冬季的最大温差高达1.54℃和0.80℃;LTNE的模拟结果与实测数据更为接近,且LTE模型的降温幅度略高于预期,二者在2 m、5 m、10 m处的年平均误差百分数分别相差6%、1%和8%;不同研究者(Achenbach、Wakao、Dixon等、Pallares等)得出的hsf在块石路基中变化趋势相近,峰值差异明显,但对块石路基下部土体温度的影响较小。

半石墨化阴极碳块在30kA铝电解槽上的应用

介绍了半石墨化阴极碳块在３０ｋＡ侧插槽上的应用试验情况。实践结果表明：可使阴极电压降降低１００ｍＶ，吨铝节电３４２ｋＷ·ｈ，电流效率提高０．５６％，效果良好。文中还总结了使用半石墨化朋极碳块电解槽的特点、管理方法及正常生产的工艺条件。