基于水-热耦合模型的多年冻土隧道隔热层厚度优化研究

为了使多年冻土隧道围岩保持冻结状态,经常选择在隧道衬砌结构中铺设保温隔热层的方法以防止围岩产生冻融破坏。保温隔热层的厚度是影响多年冻土隧道结构的稳定性和工程经济的一个重要参数。针对这一问题,建立了考虑渗流和冰水相变的水-热耦合模型,并将该模型嵌入COMSOL Multiphysics数值软件中加以应用。以青海省某隧道为研究对象,对该隧道洞口段保温隔热层厚度的优化设计进行研究。结果表明:隧道仰拱位置被确定为优化设计的不利位置,隧道开挖在第1年的5月23日温度达到最高,被确定为优化设计的不利时间;不利位置处的最高温度随保温隔热层厚度的增加而下降,通过拟合公式计算出最优隔热层厚度为7.2 cm;在最优保温隔热层厚度下隧道衬砌背后围岩温度均处于0℃以下,不会产生冻融破坏。隧道在设计隔热结构时采用7.2 cm的隔热层厚度提高了围岩隧道结构的稳定性。

基于混凝土强度的高地热隧道隔热层厚度研究

随着“长大深”隧道的发展,越来越多高地热隧道得以建设。高地热作为典型的不良地质之一,不仅会给隧道施工带来不便,还会严重危害隧道结构的安全。为减小高温对高地热隧道的不利影响,首先,调研相关文献,明确了温度与衬砌混凝土强度之间的关系;然后,以西部高原地区某高地热隧道为依托,使用Comsol数值模拟软件建立该隧道的温度场计算模型。通过数值计算得到各工况下衬砌混凝土的平均养护温度,并将其与强度相对应,并从保护衬砌混凝土强度的角度研究了各工况下不同厚度隔热层的作用。研究得到以下结论:(1)根据他人试验结果总结发现,隧道施工时应保证混凝土养护温度低于40℃,否则会严重降低衬砌混凝土的强度;(2)提出高地热环境隧道施工时隔热层的选取方案,55℃以下的地温段,无需使用隔热层;55~65℃地段,推荐使用3 cm隔热层;65~75℃地温段,使用5 cm隔热层;75~85℃地温段,若能保证洞内气温维持在28℃以内,使用5 cm隔热层,否则使用10 cm隔热层;高于85℃的地段,推荐使用10 cm隔热层。

新型纳米保温材料PTA装置蒸汽管道应用总结及经济分析

某公司动力中心供PTA(精对苯二甲酸)装置蒸汽管线有中压蒸汽管道和高压蒸汽管道,高压蒸汽管道设计压力9.81 MPa,设计温度545℃和380℃(减温),管道材质为12Cr1MoVG。中压蒸汽管道设计压力4.5 MPa,设计温度465℃,管道材质为12Cr1MoVG。高压和中压蒸汽管线总长度约5000 m。为保证装置长周期稳定供汽,该公司采用了导热系数更低、憎水率极高的新型纳米气凝胶保温材料+硅酸铝复合的保温方案,应用后实测保温效果良好,通过数据计算节能效益明显。

寒冷地区隧道防冻保温层等效厚度计算方法误差分析

为分析寒冷地区隧道防冻保温层等效厚度计算方法的计算误差,考虑年周期下的隧道沿径向深度瞬态传热特性,提出了基于数值模拟计算的防冻保温层等效厚度法误差计算方法。同时采用控制变量法计算分析空气年平均温度、年温度振幅、围岩初始温度、围岩导热系数和导温系数5类因素对等效厚度法计算误差的影响。结果表明:在隧道衬砌表面铺设防冻保温层后,围岩温度影响深度减小,衬砌结构和围岩最大冻结深度出现时间较无防冻保温层铺设时,提前近20 d,说明防冻保温层铺设前后隧道结构内部传热状态存在差异,此外,衬砌结构和围岩内部为瞬态传热,因此效厚度法计算原理、假定条件与实际不符,计算结果存在误差;等效厚度法计算结果整体偏小,但在空气年温度振幅较小或围岩初始温度较大时,计算结果存在偏大的情况;空气年平均温度、围岩初始温度、围岩导热系数越低,空气年温度振幅、围岩导温系数越高,计算误差越大;围岩导热系数和围岩初始温度对计算误差影响较大,当围岩导热系数为2 W·(m·K)^(-1)、围岩初始温度为5℃时,计算误差分别可达1.6 cm和1.4 cm,其余参数变化所形成的计算误差均小于1 cm。

中空玻璃空气层厚度对传热系数的影响对比分析

中空玻璃的节能性能是建筑节能的关键部分,为了得到常规两玻一腔中空玻璃最佳空气层厚度,取民用建筑和家装常用的两种不同玻璃厚度的中空玻璃,使用紫外可见近红外分光光度计和傅立叶变换红外光谱仪分别对所选取的试验样品在250~2500 nm波长范围的光谱透射率、反射率,2500~25000 nm波长范围的远红外反射率进行测定,通过变换中空玻璃中间空气层厚度,计算出不同空气层厚度下中空玻璃稳态U值(传热系数)的变化曲线,从而得出随着中空玻璃空气间隔层厚度的增加,中空玻璃稳态U值先大幅度减小后略微增大,后趋于平稳。综合考虑经济效益等因素,两玻一腔中空玻璃空气层为15 mm时节能、经济效益最好。

蒸汽管线绝热材料保温性能衰减影响研究

绝热材料是保证蒸汽管线保温效益的关键,而绝热材料老化则会造成保温性能衰减影响其保温效益。为提高保温性能,建立了蒸汽管线保温效益理论分析模型,研究了三种绝热材料老化引起保温性能衰减对蒸汽管线保温效益的影响,并分析了绝热材料服役年限的影响。研究结果表明:服役时间为20 a时,硅酸盐毡绝热材料老化对其保温性能影响结果最大,与未考虑老化时相比,其经济厚度、热量损失以及年平均总费用增幅分别为15.15%、36.14%、33.83%;服役时间较短时建议选用硅酸盐瓦绝热材料,当服役时间较长时选用气凝胶绝热材料。

太阳能热发电项目支架隔热层厚度优化研究

针对某100 MW储热型太阳能热发电项目隔热支架,依据样本所选择隔热层厚度过大的问题,提出一种隔热层厚度的计算方法,并进行优化设计,分析隔热层厚度的主要影响因素。优化结果为隔热层的设计变更提供依据,优化后节约了项目成本,提高了项目的经济性。

SiO_(2)气凝胶在厚质建筑绝热涂料中的应用研究

以弹性建筑乳液和聚丙烯酸酯乳液为成膜物质,以空心玻璃微珠和SiO_(2)气凝胶为功能性填料,按合成树脂乳液涂料配制原理制备了厚质建筑绝热涂料。研究了在添加SiO_(2)气凝胶时,相应调整和不调整成膜物质添加量两种情况下,不同SiO_(2)气凝胶添加量对涂层导热系数、干密度和拉伸强度的影响,并分析了造成这些影响的可能原因。结果表明,在不调整成膜物质添加量的情况下,随着SiO_(2)气凝胶添加量的增加,涂层的导热系数、干密度和拉伸强度都逐渐降低;在调整成膜物质添加量以使涂层的拉伸强度保持和基础涂料相当水平的情况下,SiO_(2)气凝胶的添加对降低涂层导热系数的效果显著降低,且涂层的干缩率较高。

沼气工程高效升温保温影响因素的试验研究

采用自制6套沼气工程自动升温保温试验装置,对影响沼气工程升温保温的环境温度、发酵料液温度、保温层厚度、保温材料种类和加热方式这5个因素,通过L18(2×37)四因素三水平和一因素两水平的混合型正交试验,进行这5个因素对沼气工程高效升温保温的影响顺序和影响效果分析,寻找出农业沼气工程沼气生产高净能产量的工程参数配置方案.研究表明:这5个因素对沼气工程高效升温保温的影响顺序依次为环境温度、发酵料液温度、保温层厚度、保温材料种类和加热方式.无论何种环境温度,中温发酵工艺,罐内底部加热方式,发酵罐保温层厚度200mm,保温材料聚氨酯发泡层的工程参数配置是农业沼气工程推广应用的较佳方案.

围护结构特性对微型冷库降温性能影响的研究

围护结构对微型冷库造价及性能有着重要的影响。通过有限生命周期内微型冷库经济性能的分析,推导了微型冷库在使用年限不同时的经济保温层厚度计算公式。并在此基础上分析了围护结构的变化对微型冷库降温性能的影响,结果表明降温性能与围护结构的参数具有紧密的联系,而与库体容积的关系最小。

南京建筑围护结构保温层经济厚度计算研究

计算夏热冬冷地区建筑围护结构保温层经济厚度时,认为既要考虑冬季供热,也要考虑夏季供冷,而不应简单地直接取用推荐值或凭经验来确定。根据南京地区的特点,得出了一个简单的保温层经济厚度的计算式,并使用该方法对南京地区典型节能住宅建筑外墙和屋面的保温层厚度进行了计算分析。

居住建筑外墙外保温厚度的优化分析

以重庆地区常见的几种居住建筑外保温墙体结构为例,采用采暖和空调度日数并结合现值系数的方法,得出不同墙体构造时保温材料经济厚度值。指出影响墙体保温经济厚度的因素有建筑物所在区域、空调运行时间、保温材料价格等。分析结果证实:墙体保温采用优化设计后的经济厚度值时,其生命周期内费用低,新增初投资的回收周期短。

寒区隧道隔热层设计参数的实用计算方法

根据冻土学基本理论推导寒区隧道围岩的季节冻结深度和季节融化深度计算公式。根据传热学的热流连续定律,分别计算隧道围岩的热流量及含隔热层和衬砌隧道围岩的热流量;采用当量换算法推导出寒区隧道隔热层厚度及导热系数的计算公式。以青藏铁路风火山隧道为例,采用推导的隔热层厚度及导热系数公式进行计算。结果表明:隧道DK1 159+046断面在2004年需要的隔热层厚度为4.1 cm,导热系数为0.03 W.(m.℃)-1;考虑未来50年升温2.6℃,全隧道铺设厚度为5 cm、导热系数为0.03 W.(m.℃)-1的隔热层,在前20年基本保证围岩不融化,在之后的30年围岩可能会融化。隧道实际的隔热层厚度为5 cm,导热系数为0.03 W.(m.℃)-1,2004年实测地温资料表明隧道围岩没有融化。此计算公式在寒区隧道设计的初始阶段,可用于指导隧道隔热层厚度和导热系数的参数设计。

高温矿井主动隔热巷道围岩温度场分布规律研究

为研究矿井巷道隔热层对围岩温度场的影响,根据能量守恒定律和围岩散热的特点,建立了复合介质中的一维非稳态导热控制方程,编制了模拟主动隔热巷道围岩温度场的计算机程序,解算得出隔热层对围岩温度场分布规律的影响。研究结果表明:隔热层通过改变围岩内部的温度梯度来减缓围岩向风流的散热;有隔热层时壁面温度明显降低,围岩温度分布整体呈现出壁面温度低、内部温度高的特征;围岩调热圈半径和散热量与通风时间呈正幂指数关系;随着隔热层厚度的增加,巷道壁面温度和围岩散热量分别呈指数和幂指数关系减小;构建隔热层减少的围岩散热量与隔热层的导热系数呈负幂指数关系;研究加深了对巷道隔热机理的认识,对现场应用有一定的指导作用。

管廊供热管道保温材料及其厚度的比较分析

为了保证管廊供热管道的热损失不大于直埋敷设的预制保温管,提出了相当保温层厚度的概念。通过对不同保温材料及其厚度的计算与分析得出:管廊供热管道采用导热系数不大于阻燃型硬质聚氨酯的保温材料时,保温层经济厚度下的热损失大于相当保温层厚度下的热损失;对于导热系数大于阻燃型硬质聚氨酯的保温材料,采用经济厚度是适宜的;阻燃型硬质聚氨酯外护镀锌铁皮适宜作为管廊供热管道的保温材料。

隧道多年冻土段隔热层厚度解析计算结果的探讨

寒区隧道保温层厚度解析计算结果需要根据隧址区气象条件进行修正,通过探究隧道多年冻土段隔热层厚度解析计算结果是否需要修正,以获得隔热层铺设厚度安全、适用的计算方法。基于多层圆筒壁热传导理论,结合由斯蒂芬公式计算得到的围岩最大融化深度,以围岩与初衬之间的温度为0℃作为控制条件,推导了隧道多年冻土段隔热层双层铺设时所需厚度的解析计算公式。进而对该解析方法计算结果存在的误差及来源进行分析,并将该解析方法和有限元数值方法的计算结果进行比较。研究结果表明:隧道多年冻土段隔热层铺设厚度的解析计算结果略大于数值计算结果,其差值在1~2cm左右,在实际工程应用中,考虑到隔热层厚度的规格和工程安全系数,可认为对于隧道多年冻土段,隔热层铺设厚度解析计算方法是合理可行的。

基于热经济学原理的管道保温厚度设计研究

利用最优化原理,考虑热力管道的单位长度能量损失费用和投资年分摊费用,推导出了能损经济厚度计算式。利用经济学的原理,考虑热力管道的单位长度损失费用和投资年分摊费用,推导出了损经济厚度计算式。进行了实际计算和对比分析。同时给出了平面保温设计的损经济厚度计算式。

供热管网保温厚度的计算分析

建立了供热管网直埋、地沟敷设管道的二维数学模型,通过边界离散方法进行了求解。分析了保温管道的保温层及其邻域土壤的温度场和热流规律,计算了保温管道的热损失。运用经济学的相关理论,对供热管道的保温厚度进行了优化分析,讨论了影响保温管道经济厚度的因素。

γ射线透射法检测输油管道油垢的标定实验研究

用γ射线透射法对新疆克拉玛依油田φ74mm输油管道油垢的检测进行了标定实验研究,测量了该管道的油垢厚度响应曲线,其结果表示为1n(N_0/N)=0.00392d-0.00677,并研究了保温层对测量结果的影响。实验装置由^(137)Cs γ放射源和NaI(Tl)闪烁探测器组成。测量结果表明:油垢厚度响应曲线是灵敏的,保温层对测量结果影响不大。

高温蒸汽管道绝热结构

利用热力管道模拟实验装置 ,对复合硅酸盐绝热材料进行了室内实验研究 .根据高温蒸汽管道频繁振动的特点 ,分析了绝热涂料及绝热型材导热系数方程 .通过优化设计和工程试验 ,给出了最佳经济厚度优化设计结果 ,并加以验证 ,得到了“复合硅酸绝热涂料 +复合硅酸绝热型材 +复合硅酸绝热涂料”