Устройство для моделирования промерзания грунта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА., содержащее контейнер с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым поверхностям, теплообменники для охлаждения и подогрева торцовых поверхностей грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения температуры грунта и воздуха, отличающе еся тем, что, с цель{о повьшения точности управления температурным полем в образце грунта, воздуховод выполнен в виде змеевика с сечением витков прямоугольной формы, нагревательные элементы с регуляторами нагрева установлены внутри воздуховода в.каждом его витке, приборы для измерения температуры.размещены в воздуховоде и внутри контейнера на одинаковых уровнях, а высота сечения витков воздуховода удовлетворяет условию гр l ropj ropJOcT ст где h - высота сечения витка воздуховода; ф|,р - допустимая поперечная сос (Л тавляющая теплового потока (доли от теплового потока вдоль образца); - толщина теплоизоляционного слоя; 1 - теплопроводность стенки контейнера;ю 71 Рртеплопроводность грунта. 4 to ю СП

союз советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д(5ц G 01 N 33/24

Л р

1 - ф гор ) ""ст ((ст с ст ст Гр

ГОсудАРстВенный номитет сссР по делАм изОБРетений и ол КРытий (21) 3432116/29-33 (22) 30,04.82 (46) 15.11.84, Бюл, и 42 (72) В.Н. Бойко, В.А. Долинченко, В.П. Мельниченко,,В.А. Полторацкий и С.А. Усанов (53) 624.403.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 779880, кл. G 01 N 33/24, 1980.

2. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных грунтах„ Изд-во МГУ, 1979, с. 26-27. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА,, содержащее контейнер с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым поверхностям, теплообменники для охлаждения и подогрева торцовых поверхностей грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения температуры грунта и воздуха, о т л и ч. а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления температурным полем в об„„SU„„3124225 разце грунта, воздуховод выполнен в виде змеевика с сечением витков прямоугольной формы, нагревательные элементы с регуляторами нагрева установлены внутри воздуховода в.каждом

его витке, приборы для измерения температуры размещены в воздуховоде и внутри контейнера на одинаковых уровнях, а высота сечения витков воздуховода удовлетворяет условию где h — высота сечения витка возФ духовода; CI3 допустимая поперечная составляющая теплового потока (доли от теплового потока вдоль образца); толщина теплоизоляционного слоя; теплопроводность стенки контейнера;. теплопроводность грунта.

1124225 нагрева установлены внутри воздуховода в каждом его витке, приборы для измерения температуры размещены в. воздуховоде и внутри контейнера на одинаковых уровнях, а высота сечения витков воздуховода удовлетворяет условию сТ

Изооретение относится к устройствам для экспериментальных исследований физико-механических процессов в мерзлых горных породах и может быть использовано в лабораторных установках, имитирующих процессы теплообмена при промерзании и оттаивании грунтов, морозного пучения грунтов и факторы, влияющие на эти процессы. tO

Известно устройство для исследования процесса промерзания грунта, содержащее контейнер с образцом, помещенный в скважину (1).

Однако данное устройство не поз- 15

1 воляет воспроизводить различные условия промерзания, имеющие место в разных климатических районах, и управлять различными факторами, вли-: яющими на процесс промерзания, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования промерзания грунта, содержащее контейнер с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым 25 поверхностям, теплообменники торцовых поверхностей грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения темпе- 3О ратуры грунта и воздуха (2 ).

Однако известное устройство не обеспечивает достаточной точности выполнения программы перемещения фронта. промерзания,соответствующейпроцессу 3 промерзания грунта в природе в связи

35 с тем, что промерэание образца происходит как с торца, так и через боковые стенки.

Цель изобретения — повышение точ- 40 ности управления температурным полем e образце грунта.!

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для моделирования 45 промерзания грунта, содержащем контейнер с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым поверхнос" тям, теплообменники для охлаждения и подогрева торцовых поверхностей 5О грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения температуры грунта и воздуха, воздуховод Выпал- 55 нен в виде змеевика с сечением витков прямоугольной формы, нагревательные элементы с регуляторами где h — высота сечения витка воздуховода; (ф ) - допустимая поперечная составляющая теплового потока (доли от теплового потока вдоль образца); — толщина теплоизоляционного слоя;

Ьо - теплопроводность стенки контейнера; - теплопроводность грунта.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3— разрез Б-Б на фиг. 2.

Устройство состоит из контейнера 1 ! и теплообменников 2 и 3 на торцах контейнера. Торцы контейнера открыты, а боковые стенки имеют теплоизоляцию 4. На внешней поверхности теплоизоляции размещен спиралеобразный воздуховод 5, обвивающий контейнер равномерными витками по всей высоте.

Внутри воздуховода 5 установлены вентилятор 6 и нагревательные элементы 7, которые имеют регуляторы 8 нагрева. Внутри контейнера и в воэдуховоде на одинаковых уровнях по высоте установлены датчики .9 температуры. Воздуховодами 10 и 11 теплообменник 2 соединен с холодильной камерой. Аналогично воэдуховодами 12 и 13 соединен со второй холодильной камерой теплообменник 3.

Устройство работает следующим образом.

В контейнер 1 помещают образец грунта. Через воэдуховод 10 в теплообменник 2 подают воздух из холодильной камеры, при этом часть его по воздуховоду 11 возвращается обратно в холодильную камеру. Таким образом, в теплообменнике 2 создают, заданную: температуру, которую регулируют в процессе эксперимента, воспроизводя заданный режим охлаждения торцовой поверхности образца при его

3 промораживании. Аналогичным образ ом в теплообменнике 3 обеспечивают температурный режим, имеющий место в природе на подошве слоя сезонного промерзания грунта. Часть воздуха из теплообменника 2 с помощью вентилятора 6 нагнетается в спиралеобразный воздуховод, где за счет теплообмена с 01,ружающей средой и искусственного подогрева нагревательными элементами 7 воздух нагревается. Наблюдатель контролирует с помощью датчиков температур 9 рас1I24225 . 4 пределение температур в образце rpyH та и в окружающем спиралеобразном воздуховоде 5, создавая в последнем температурное поле, аналогичное температурному полю в образце.

Предлагаемое техническое решение полностью обеспечивает одномерность промерзания грунта за счет устране ния теплопередачи через боковую

10 поверхность контейнера и позволяет существенно повысить достоверность прогноза развития криогенных процессов, 1124225

Составитель В. Врачев

Редактор Л.Пчелинская Техред Ж.Кастелевич Корректор И. Эрлейи

Заказ 8272/34 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4