Инструкция по проектированию сетей водоснабжения и канализации для районов распространения вечномерзлых грунтов

Теплофизические свойства грунтов и материалов:

l_м = l,86 Bт/(м×°C); l_т = 1,39 Вт/(м×°С);

l_с = 0,35 Вт/(м×°С); l_и = 0,06 Вт/(м×°С);

l_к = 0,8 Вт/(м×°С); q = 100800 кДж/м³; a_н = 14 Вт/(м²×°С).

Предварительно приведем единицы измерения величин С, С_в в соответствие с единицами измерения других величин, входящих в формулы:

С =  = 1,16 Вт×ч/(кг×°С);

С_в =  = 0,28 Вт×ч/(кг×°С);

q =  = 28000Вт×ч/м³.

Вычисляем по формулам (30) и (36) значения:

R₁ = 0,05+  = 0,18;

R₂ =  +  + 0,05 = 1,18.

Определим значение параметра J по формуле (29):

J =  = 1,2.

По графику рис. 38 по значению J = 1,2 находим величину x = 1,3.

Глубина летнего оттаивания грунтов под каналом по формуле (28) равна:

 = 1,3 м.

Далее определяются величины К_пр и К_об:

для прямой трубы по формуле (32)

для обратной трубы по формуле (33)

Расход воздуха, кг/ч, для вентиляции 1 м канала в летний период по формуле (31) равен:

Для промерзания грунтов под каналом зимой достаточно поддерживать в канале температуру, формула (34):

Определим расход воздуха для вентилирования 1 м канала в зимний период по формуле (35)

 кг/ч

Пример 4. Требуется определить допустимую среднегодовую температуру воздуха в канале t_доп при заданном оттаивании грунта через t = 25 лет в сторону от канала L_з = 8 м. Внутреннее сечение канала 0,6´1,2 м; глубина его заложения (до середины канала) h = 1,3 м. Коэффициенты теплопроводности грунта: l_т = 1,16 Вт/(м×°С), l_м = 1,39 Вт/(м×°С); теплота таяния грунта q = 15000 Вт×ч/(м³×°С).

Среднегодовая температура вечномерзлого грунта t₀ = -0,8 °С. По формулам (42), (43) и (52) вычисляем:

j =

Задаемся значением t_доп = 20 °С. По формуле (48) вычисляем

b =

По значениям т = 2,3; j = 14 и b = 0,05 по номограмме (см. рис. 41) находим J = 0,18×1000.

По формуле (49) вычисляем

t_доп = .

Расхождения между заданным и полученным значением t_доп менее 5°. Поэтому окончательно можно принять t_доп = 16 °С.

Пример 5. Требуется определить температуру воды в конце напорного стального водовода радиусом r = 0,05 м, длиной l = 3000 м и расходом воды G = 30000 кг/ч. Глубина заложения водовода h = 0,7 м. Температура поступающей в водовод воды равна t_н = 6 °С.

Грунт - суглинок объемным весом g₀ = 1600 кг/м³, суммарной влажностью w_c = 0,2. Минимальная температура грунта на глубине заложения водовода t_г = -15 °С.

Предварительно по табл. 4 определяются коэффициенты теплопроводности грунта в мерзлом состоянии. Они соответственно равны:

l_м = l,30 Bт/(м×°C); l_т = 1,02 Вт/(м×°С);

По формуле (57) определяется величина коэффициента теплопередачи.

Предварительно по графику рис. 42 для  = 14 находим R₀ = 0,53.

Тогда К =  = 1,92 Вт/(м×°С).

По формуле (54) вычисляется температура воды в конце водовода.

Предварительно определяем по выражению (56) значение

Тогда по формуле (54)

.

Пример 6. Требуется определить температуру воды в водоводе, необходимую для образования вокруг трубопровода талого слоя, толщина которого над верхней образующей трубы равна радиусу трубопровода; необходимую теплопроизводительность греющего кабеля, уложенного вдоль стального водовода.

Радиус трубы r = 0,1 м, длина водовода l = 1700 м, глубина заложения h = l,2 м. Температура грунта t_г = -9,5 °С. Коэффициент теплопроводности грунта l_г = 1,9 Вт/(м×°С). Коэффициент, учитывающий непроизводительные затраты тепла, выделяемого греющим кабелем, и неоднородность грунтовых условий, К = 1,25.

Температуру воды в водоводе, необходимую для образования над трубой талика толщиной r_н, определим по формуле (59):

Тепловые потери водовода во время аварии найдем по формуле (63):

Необходимая теплопроизводительность греющего кабеля определяется по формуле (64): К_г.к = 47×1,25 = 58,8 Вт/м.

На всю длину трубопровода

58,8×1700 = 99960 Вт = 99,96 кВт.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ЗНАЧЕНИЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ х

e^x

e^-х

0,00

1,000

1,000

0,01

1,010

0,990

0,02

1,020

0,980

0,03

1,031

0,970

0,04

1,041

0,961

0,05

1,051

0,951

0,06

1,062

0,942

0,07

1,073

0,932

0,08

1,083

0,923

0,09

1,094

0,914

0,10

1,105

0,905

0,11

1,116

0,896

0,12

1,128

0,887

0,13

1,139

0,878

0,14

1,150

0,869

0,15

1,162

0,861

0,16

1,174

0,852

0,17

1,185

0,844

0,18

1,197

0,835

0,19

1,209

0,827

0,20

1,221

0,819

0,21

1,234

0,811

0,22

1,246

0,803

0,23

1,259

0,795

0,24

1,271

0,787

0,25

1,284

0,779

0,26

1,297

0,771

0,27

1,310

0,763

0,28

1,321

0,756

0,29

1,336

0,748

0,30

1,350

0,741

0,31

1,363

0,733

0,32

1,377

0,726

0,33

1,391

0,719

0,34

1,405

0,712

0,35

1,419

0,705

0,36

1,433

0,698

0,37

1,448

0,691

0,38

1,462

0,684

0,39

1,477

0,677

0,40

1,492

0,670

0,41

1,507

0,664

0,42

1,522

0,657

0,43

1,537

0,651

0,44

1,553

0,644

0,45

1,568

0,638

0,46

1,584

0,631

0,47

1,600

0,625

0,48

1,616

0,619

0,49

1,632

0,613

0,50

1,649

0,607

0,51

1,665

0,601

0,52

1,682

0,595

0,53

1,699

0,589

0,54

1,716

0,583

0,55

1,773

0,577

0,56

1,751

0,571

0,57

1,768

0,566

0,58

1,786

0,560

0,59

1,804

0,554

0,60

1,822

0,549

0,61

1,840

0,543

0,62

1,859

0,538

0,63

1,878

0,533

0,64

1,897

0,527

0,65

1,916

0,522

0,66

1,935

0,517

0,67

1,954

0,512

0,68

1,974

0,507

0,69

1,994

0,502

0,70

2,014

0,497

0,71

2,034

0,492

0,72

2,054

0,487

0,73

2,075

0,482

0,74

2,096

0,477

0,75

2,117

0,472

0,76

2,138

0,468

0,77

2,160

0,463

0,78

2,182

0,458

0,79

2,203

0,454

0,80

2,226

0,449

0,81

2,248

0,445

0,82

2,271

0,440

0,83

2,293

0,436

0,84

2,316

0,432

0,85

2,340

0,427

0,86

2,363

0,423

0,87

2,387

0,419

0,88

2,411

0,415

0,89

2,435

0,411

0,90

2,460

0,407

0,91

2,484

0,403

0,92

2,509

0,399

0,93

2,535

0,395

0,94

2,560

0,391

0,95

2,586

0,387

0,96

2,612

0,,383

0,97

2,638

0,379

0,98

2,665

0,375

0,99

2,691

0,372

1,00

2,718

0,368

1,01

2,746

0,364

1,02

2,773

0,361

1,03

2,801

0,357

1,04

2,829

0,354

1,05

2,858

0,350

1,06

2,886

0,347

1,07

2,915

0,343

1,08

2,945

0,340

1,09

2,974

0,336

1,10

3,004

0,333

1,11

3,034