Экспериментальное моделирование процесса термоэрозии в условиях эксплуатации трубопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Башкирский государственный университет

Выпускная квалификационная работа

Экспериментальное моделирование процесса термоэрозии в условиях эксплуатации трубопроводов



ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы термоэрозии в условиях эксплуатации трубопроводов

1.1Техногенная термоэрозия в районах прокладки трубопроводов

1.2Способы прокладки магистральных трубопроводов

1.3Техногенное воздействие на окружающую среду при строительстве и эксплуатации трубопроводов

Глава 2. Методика моделированияпроцесса термоэрозии в условиях эксплуатации трубопроводов

2.1 Исходные и исследуемые параметры

2.2Модель слоистой грунтовой системы, включающая в себя модель магистрального трубопровода

2.3 Схема условий и обобщенных характеристик эксперимента

Глава 3. Экспериментальное исследование термоэрозии с учетом расположения моделей магистральных трубопроводов

3.1 Экспериментальные результаты

3.2 Анализ

Заключение

Список литературы

Приложение



ВВЕДЕНИЕ

На недра криолитозоны приходится значительная часть, а именно свыше 60% наших запасов углеводородного сырья. Они сконцентрированы в нескольких гигантских месторождениях таких, как Бованенковское, Уренгойское, Ямбургское и другие, расположенных в зоне многолетнемерзлых пород. Разработка, эксплуатация, транспортировка сырьяпо магистральным трубопроводамот этих месторождений сопряжена с риском возникновения таких процессов, как термокарст, термоэрозия, оврагообразование и другие.

Целью данной работы является исследование отрицательного влияния объектов техносферы на физико-геокриологические процессы (термоэрозии) на примере эксплуатации магистральных трубопроводов при наземной укладке на склоновых участках. Основные задачи:

• рассмотреть существующие методы исследования влияния термоэрозии на условия эксплуатации трубопроводов в районах Крайнего севера;

• разработать физическую модель, учитывающую технические параметры и природные условия (параметры склона, мерзлого грунта, температуру газа в трубе, условия отсыпки, способ прокладки и др.);

• произвести прямые и косвенные измерения влияния исследуемого процесса;

• проанализировать результаты, сравнить их с существующими в литературе, определить особенности влияния термоэрозии на условия эксплуатации магистральных трубопроводов;

• получить физическое обоснование взаимодействия трубопровода с природной средой(в условиях криолитозоны) для последующего математического моделирования этого взаимодействия.

Термоэрозия - процесс одновременного теплового и механического разрушения мерзлых дисперсных пород водными потоками в виде промоин, врезов, оврагов, эрозионных ниш. Главное условие ее возникновения - нарушение почвенно-растительного слоя в виде линейных нарушений, которые приводят к перехвату и концентрации поверхностного стока и формированию временных эродирующих потоков при снеготаянии и выпадении ливневых дождей.

Техногенная термоэрозия отличается тем, что причиной её возникновения и дальнейшего развития является антропогенное воздействие. Так строительство и эксплуатация техносферы на Крайнем Севере приводит к возникновению такого процесса разрушения. Особенно масштабными по протяженности являются магистральные трубопроводы (далее МТ), которые пересекают водоразделы, склоны и т.д. При любом способе прокладки и их строительства они воздействуют на природную среду. Из всех существующих способов прокладки МТ, согласно литературным и фондовым источникам, наиболее опасной, с точки зрения развития термоэрозии, является наземная.

Развитие термоэрозии может кардинально изменить ландшафт, что, в свою очередь, может повлиять на условия эксплуатации (деформация и разрыв трубопровода и др.).

термоэрозия техногенный трубопровод

ГЛАВА 1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕРМОЭРОЗИИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 ТЕХНОГЕННАЯ ТЕРМОЭРОЗИЯ В РАЙОНАХ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 1 Карта магистральных нефте- и газопроводов России.

В настоящее время, когда центры добычи нефти и газа сместились в районы Крайнего Севера, в отдаленные районы Западной Сибири, магистральные трубопроводы - наиболее выгодный и эффективный способ доставки нефти и газа. Трассы этих трубопроводов могут пересечь различные участки с разными грунтами, которые меняются от многолетнемерзлых пород до талых, от торфяных до скальных, и с различными природно-климатическими условиями. Среди основных сложностей освоения территорий можно назвать следующие:

-- плохую проходимость территории (в том числе ограничения на передвижения в летний период), сложную логистику техники и оборудования на этапах геологоразведки, инженерных изысканий и первичного освоения;

-- высокие требования к промышленной и экологической безопасности (угрозы жизни и здоровью людей, потеря техники, природный ущерб и т. д.) как на этапе освоения, так и в процессе эксплуатации;

-- высокие риски возникновения аварийных ситуаций, которые связаны с агрессивностью среды и сложностью прогноза последствий антропогенного воздействия на компоненты природной среды.

Таким образом, изменчивость природных условий и опасность развития эрозионных процессов необходимоучитывать как при проектировании, так и в ходе эксплуатации уже существующих объектов. Особенность мерзлотных процессов в зоне тундры заключается в том, что в условиях неустойчивого равновесия и постепенного роста среднегодовых температур любое антропогенное вмешательство приводит к резкой активизации всех процессов эрозии.

Наибольшие механические нарушения почвенно-растительного покрова происходят на этапе строительства инженерных объектов. Почвенно-растительный покров может быть полностью разрушен на участках, отведенных в постоянное пользование: на площадках промышленных объектов, жилых комплексов, по дорогам и их обочинам, в пределах трасс газопроводов, уложенных в грунт, на карьерах, в основании сооружений (кустов буровых, опор ЛЭП и проч.).

Эксплуатация кустов нефте- и газопроводов с отличной от нуля температурой продукции влечет за собой появление ореолов оттаивания (от 1-2 до 5-6 метров, максимальная зона может достигать 50 метров за 25-летнее использование), что в свою очередь приводит к образованию локального термокарста, термоэрозии вдоль трубы, от чего нередко всплывают на дневную поверхность трубы. Транспортировка охлажденной продукции (газа с температурой от -2 до -7 °C) приводит к поднятию верхних границ многолетнемерзлых пород и затруднению водообмена, что грозит активизацией термоэрозии и оползней-сплывов.



1.2 СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Существуют и применяются четыре способа прокладки: подземный (подводный), полуподземный, наземный и надземный. Способ прокладки выбирается с учетом температуры транспортируемого продукта, типа местности и геокриологических условий участка трассы.

Подземная прокладка (рис.1.2.1) применяется на холодных, теплых и горячих участках трубопроводов. Так как при подземной прокладке вокруг трубопровода создается зона ослабленного грунта, в который коэффициент фильтрации и размываемости значительно выше окружающего грунта, то даже при незначительных уклонах местности создаются хорошие условия для дренажа грунтовых вод. К преимуществам подземной прокладки следует отнести: надежность трубопровода при внешних ударных воздействиях; стабильность температурного режима среды, окружающей трубопровод и, следовательно уменьшение затрат на его вынужденное изменение; технологичность строительства. К недостаткам относится большой объем земляных работ, сложность ремонта и др.

Рис. 2 Подземные способы прокладки трубопровода: а - прямоугольная форма траншеи; б - трапецеидальная форма; в - смешанная форма траншеи; г - укладка с балластировкой седловидными пригрузами; д - укладка с использованием винтовых анкеров для закрепления против всплытия; е - укладка в отсыпке из специальнообработанных грунтов



Подземная прокладка трубопроводов имеет наиболее широкое распространение в условиях Крайнего Севера. К преимуществам подземной прокладки следует отнести:

- надежность трубопровода при внешних ударных воздействиях;

- стабильность температурного режима среды, окружающей трубопровод и, следовательно уменьшение затрат на его вынужденное изменение;

технологичность строительства.

К недостаткам относится большой объем земляных работ, сложность ремонта, необходимость применения специальных мероприятий пообеспечению устойчивости трубы и материальные затраты на обеспечение безопасности окружающей среды.

Полуподземная прокладка (рис1.2.2) применяется при пересечении трубопроводом заболоченных и солончаковых участков, при наличии подстилающих скальных пород, а также при пересечении других коммуникаций. Трубопровод укладывается на глубину менее диаметра с последующим обвалованием выступающей части.

Рис. 3 Полуподземная укладка: а - в обсыпке минеральным грунтом; б - в обсыпке гидрофобизированным грунтом

Наземная прокладка трубопроводов применяется обычно в тех же условиях, что и подземная прокладка с целью уменьшения объема земляных работ и размеров ослабленной зоны из грунта нарушенной структуры, уменьшения теплового воздействия на грунты оснований, а также используются при пересечении сильнообводненных участков и болот.



Рис. 4. Наземный способ прокладки: а - с обсыпкой минеральным грунтом; б - с обсыпкой гидрофобизированным грунтом

Наземный трубопровод состоит, как правило, из наземных прямолинейных участков и надземных слабозагнутых компенсационных участков. Наземные прямолинейные участки укладываются непосредственно на растительный покров, либо на подсыпку из песчаных грунтов, либо на лежневую подстилку (на болотах), изоляционные ковры и маты. На подходах к надземному компенсационному участку труба укладывается на невысокие опоры из плитных или свайных фундаментов. Наземный способ применяется на горячих, теплых и холодных участках трубопровода. При этом холодные участки трубопроводов, пересекающие талые грунты, и теплые, пересекающие мерзлые, теплоизолируются, либо применяются термоохлаждающие устройства. Применение наземной прокладки на горячих участках трубопровода допускается только при наличии малольдистых мерзлых грунтов.

Преимущества наземной прокладки перед подземной, заключаются в следующем:

- отсутствие экскавации грунта;

- нет необходимости в применении анкерных устройств и балластировки трубы;

- меньшие затруднения при наблюдении и ремонте.

К недостаткам этого способа прокладки относятся:

- меньшая надежность при внешних ударных воздействиях;

- большие объемы привозного грунта.

Надземная прокладка трубопровода применяется, главным образом, на участках развития сильнольдистых мерзлых грунтов, подземных льдов, активного проявления криогенных процессов, а также на участках с пересеченным рельефом при наличии большого количества водотоков, оврагов, искусственных препятствий и т.д.

Преимущества надземной прокладки по сравнению с подземной и наземной следующие:

- полностью исключается тепловое воздействие трубопровода на многолетнемерзлые грунты;

- сохраняется естественный сток поверхностных и грунтовых вод;

- обеспечивается экологическая безопасность природной среды;

- не производится разработка мерзлого грунта;

- упрощается контроль в процессе эксплуатации трубопровода.

Тем не менее, надземная прокладка в России не получила широкого распространения. Основная причина этого заключается в сложности строительно-монтажных работ, требующих от строителей высокой квалификации, профессиональных навыков и особой точности выполнения работ. Кроме того, надземная прокладка требует дополнительных металловложений и применения труб из высококачественных хладостойких сталей, железобетонных опор с высокой морозостойкостью. Все это приводит к существенному удорожанию надземного способа прокладки трубопровода.

1.3 ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ

В настоящее время в России эксплуатируется 227,4 тыс. км магистральных трубопроводов, из которых газопроводы составляют 157 тыс. км; нефтепроводы - 47 тыс. км; нефтепродуктопроводы и конденсатопроводы -22 тыс. км; аммиакопроводы - 1,42 тыс. км. Что составляет единый комплекс. Каждая часть этого комплекса является источником потенциальной экологической опасности. Разработка месторождений, расположенных, в основном, в Западной Сибири, и строительство многониточных газопроводов большой протяженности приводят к образованию новых, значительных по площади техногенных ландшафтов.

Магистральные нефтегазопродуктопроводы пересекают все природно-климатические зоны России (35 % ее территории), где проживает около 60 % населения страны.

Современные магистральные газопроводы диаметром до 1400 мм с рабочим давлением до 10 МПа и представляют собой по существу взрывопожароопасный сосуд протяженностью в тысячи километров, разрушение которого связано с крупномасштабными экологическими потерями, в первую очередь, из-за механических и термических повреждений природного ландшафта.

При постройке трубопроводов происходит активизация эрозионных и криогенных процессов; деформация русел при переходах через реки; нарушение почвенного слоя и стока поверхностных вод; наносится невосполнимый ущерб всему растительному и животному миру. Так, например, в Ямало-Ненецком автономном округе от такого рода воздействия уже утеряно 6 млн га пастбищ для 60 тысяч оленей.

Статистический анализ отказов, происходящих на строящихся и действующих магистральных нефте- и газопроводах показал следующее: из всей совокупности отказов на газопроводах при испытаниях и эксплуатации произошло около 10%, а на нефтепроводах около 18% отказов со значительным экологическим ущербом. При этом, наибольшей экологической опасностью обладают трубопроводы большого диаметра 1000-1400 мм. Среднегодовые потери продукта, обусловившие загрязнение окружающей среды, составили по нефтепроводам - 750 тонн, по газопроводам - 43,2 млн м³.

Эксплуатация трубопроводов приводит к загрязнению грунтов, поверхностных и подземных вод, приземного слоя атмосферы, а в зоне многолетней мерзлоты -- к протаиванию грунтов вдоль трасс трубопроводов (при всех видах прокладки, кроме надземной). При транспортировке газа с отрицательной температурой, напротив, происходит промораживание грунта. Вдоль трасс трубопроводов отмечается существенное ожелезнение почв. Потери природного газа происходят по всей технологической цепочке (добыча, транспортировка и переработка) и составляют около 1% от объема добытого газа. Эти потери -- один из наиболее серьезных источников воздействия газовой промышленности на окружающую среду.

Рис. 5 Средний состав газа некоторых газовых, газоконденстаных и нефтяных месторождений

Характерной особенностью техногенного воздействия газопровода на окружающую среду является наличие термического влияния, связанного с возгоранием газа, а также значительное нарушение целостности почвенно-растительного покрова. Радиус термического воздействия, определяющий зону полного поражения окружающего растительного покрова в очаге отказа, составляет R_mint= 30 м<R_i< R_maxt = 600 м, а котлован, образующийся в момент аварии газопровода, достигает максимальных размеров 106x56x12 м. Средние значения радиуса термического воздействия R_срt потери продукта Q_ср и размеров котлована (ахbхс) для действующих газопроводов следующие:

Таблица 1.3.1 Средние значения радиуса термического воздействия, потери продукта и размеров котлована

D, мм	1420	1200	1020
Rcpt, м	188	275	244
Qср, млнм3	13,9	11	7,3
ахbхс, м	65x40x10	49x22x12	160x3
D, мм	820	720	530
Rcpt, м	244	195	250
Qср, млнм3	1,8	2,3	2,2
ахbхс, м	60x15x4	35x12x5	28x15

При современной технологии линейного строительства на севере Западной Сибири непосредственному воздействию подвергаются такие компоненты природных комплексов, как растительность, почва, микрорельеф, верхние горизонты горных пород, подстилающие почву. В результате тесной взаимосвязи компонентов природной среды опосредственному воздействию подвергаются гидрологический и гидрогеологический режимы, снежный покров, тепломассообмен в приземном слое атмосферы, что в свою очередь вновь оказывает в дальнейшем влияние на растительность, почву, микрорельеф. Изменения условий теплообмена поверхности с атмосферой, свойств поверхности и почвенно-грунтового комплекса, сложного покрова сопровождается изменением температурного режима грунтов, мощности слоя сезонного промерзания - протаивания, ослаблением или усилением ряда экзогенных физико-геологических процессов.

При строительстве газопровода непосредственное воздействие на компоненты природной среды не выходит за пределы трассы газопровода. Однако, опосредованное воздействие сказывается на гораздо большей территории. В первую очередь, это связано с изменением гидрологического режима, нарушением сложившейся в собственных условиях системы дренирования и в наибольшей мере проявляется на тех участках, где трубопровод проложен в насыпи. На участках, расположенных выше насыпи, происходит подпор поверхностью грунтовых вод, следствием чего является заболачивание, образование озер; участки, лежащие ниже насыпи, осушаются. Изменение гидрологического режима приводит к перестройке растительного покрова. В северной тайге и лесотундре отмечается гибель деревьев на переувлажненных участках и их появление на осушенных. Происходят изменения в кустарничковом, травяном, моховом и лишайниковом покровах и в снежном режиме. Все это вызывает изменение геокриологических условий.

Исследования, выполненные на газопроводах общей протяженностью 15 тыс. км, позволили установить, что на северных трассах в начальный период эксплуатации (3-4 года) происходят интенсивные процессы обводнения, заболачивания, приводящие к разрушению обвалования и всплытию трубопровода. Относительная стабилизация природных условий вокруг газопровода с зарастанием растительностью трассы составляет 7-8 лет, правда, как правило, самозарастание идет по механизму замещения, а не восстановления, что создает иллюзию некоторого осушения и благополучия на трассе. Но полная реабилитация природных процессов вдоль северных магистральных газопроводов наступает только по прошествии 15-16 лет.

Вместе с тем, природный горючий газ -- наименее вредное для окружающей среды ископаемое топливо (из-за незначительного выброса диоксида серы при его сжигании). Загрязнение является результатом утечки газа через негерметичные соединения трубопроводов, при аварийных выбросах, а также при сжигании. Разрыв газопровода, как правило, сопровождается взрывом и последующим возгоранием природного газа. Наибольшее число аварий происходит на трубопроводах, срок эксплуатации которых превышает 30 лет. Основная причина аварий -- коррозия труб. Степень опасности воздействия газопроводного транспорта на окружающую среду может быть оценена по косвенным признакам: диаметру труб, числу ниток и рабочему давлению в трубопроводах. С экологической точки зрения наиболее опасны трубопроводы с диаметрами труб 1420 мм и 1220 мм. Количество ниток газопроводного транспорта позволяет косвенно судить о степени нагрузки на природную среду: высокой --3 и более нитки газопровода большого диаметра (1420, 1220 и 1020 мм); средней -- 1-2 нитки большого диаметра или более трех ниток среднего и малого диаметра (820мм и менее); низкой -- 1-2 нитки с диаметром 820мм. В результате производственной деятельности компрессорных станций в окружающую среду поступает целый ряд веществ (азот аммонийный, нитриты, нефтепродукты, сульфаты и т.п.). Аномальные концентрации загрязнителей отмечаются на расстоянии до 400 метров от компрессорных станций. Основное воздействие газоперерабатывающих заводов на среду связано с выбросами в атмосферу вредных веществ -- метана, оксида углерода, оксидов азота, сернистого ангидрида. В некоторых регионах эти предприятия являются основными источниками загрязнения атмосферного воздуха (например, в Астраханской области).

Таким образом, при наличии соответствующих условий, приведенных на рисунке 1.3.2, где техническая система - это трубопровод, ТЭПО - термоэрозионно-эрозионные процессы и оврагообразование, ПТС - природно-техническая система, существуют реальные риски возникновения процесса термоэрозии.

Рис. 6 Факторы развития ТЭПО



ГЛАВА 2. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМОЭРОЗИИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ

Данная работа была посвящена физическому моделированию техногенной термоэрозии при наличии модели магистрального трубопровода. Выбран метод горизонтального размыва и модели мерзлых слоистых грунтов как наиболее приближенные к реальным условиям среды.

Металлические трубки были выполнены по заказу: взяты за основу параметры магистрального трубопровода (ГОСТ 20295-85) с соблюдением коэффициента подобия для диаметра и толщины трубы. Исходными параметрами являются плотность сухого грунта, пористость, водонасыщение, а также начальная температура образцов мерзлого грунта, температура воды и температура газа, подаваемого компрессором. В ходе эксперимента фиксировалась температура грунта, время и глубина размыва. Далее рассчитывались интенсивность размыва, тепловая энергия и энергия диссипации, коэффициент теплообмена между потоком воды и мерзлым грунтом.

2.1. ИСХОДНЫЕ И ИССЛЕДУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Таблица 2.1.1 Гранулометрический состав

Гранулометрический состав	Пористость	Плотность
0,5 мм	7%	; 0,9	, 1388 кг/м3
0,25 мм	29,75%
0,2мм	16,25%
0,125 мм	31%
0,1 мм	8,75%
0,08 мм	3,75%
0,04 мм	3,25%
>0,04 мм	0,25%



где М₀ - масса пустого мерного стаканчика, М₁ - масса стаканчика, заполненного до метки грунтом, М₂- масса стаканчика с насыщенным водой грунтом.

Водонасыщенность талого грунта принимается равной пористости . Весовая влажность грунта определяется как отношение веса воды к весу сухого грунта, т.е. к весу твердых частиц грунта:

;

Плотность водонасыщенного грунта определяется по формуле:

.

Льдистость мерзлого грунта согласно [ГОСТ 25100-95] определяется как отношение содержащегося в нем массе льда к массе мерзлого грунта:

,

где с_л - плотность льда, равная 0,9 г/см³; с_f - плотность мерзлого грунта. Теплота таяния грунта согласно [СНИП 2.02.04-88], принимается равной количеству теплоты, необходимой для таяния льда в единице объема грунта. Значение этой величины в Дж/м³ определяется по формуле: , где Q₀=3.35*10⁵ Дж/кг - удельная теплота фазовых переходов вода-лед, W - суммарная влажность мерзлого грунта, с_гр - плотность сухого грунта.

В ходе эксперимента проводились прямые и косвенные измерения таких параметров термоэрозии, как: глубина и интенсивность размыва; поток тепла из воды в мерзлый грунт, через талую прослойку; коэффициент теплообмена; механическая энергия потока воды; поток тепла из воды в мерзлый грунт, через талую прослойку; противоэрозионная устойчивость.

Таблица 2.1.2. Расчетные параметры термоэрозии

Глубина размыва, м, где глубина размыва за интервал времени .
Интенсивность размыва, м/с, где - плотность воды, (кг/м3), Q - расход воды (м3/с), S -поперечное сечение потока воды (м2)
Поток тепла из воды в мерзлый грунт, через талую прослойку, Дж/м2·с, где СВ- удельная теплоемкость воды,ТВ - температура воды, определяемая как среднеарифметическая температура на входе и выходе, ТФ = 273 К	,
Коэффициент теплообмена, Вт/м2·К
Противоэрозионная устойчивость, R
Механическая энергия потока воды, Дж
Тепловой поток, расходуемый на плавление мерзлого грунта, Вт/м2, где G - льдистость грунта, сл - плотность льда, L - удельная теплота плавления льда.	,

2.2 МОДЕЛЬ СЛОИСТОЙ ГРУНТОВОЙ СИСТЕМЫ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ МОДЕЛЬ МТ

Модели слоистых грунтовых систем, включающие в себя модель МТ, расположенного по направлению потока воды, и с различной укладкой прослоев льда представлены на рисунках



Рис. 7 Песчаная система грунта с горизонтальным расположением прослоя льда. Модель МТ по направлению потока воды. В начале эксперимента

Рис. 8 Песчаная система грунта с вертикальным расположением прослоек льда. Модель МТ по направлению потока воды. В начале эксперимента

Подготовка моделей слоистой мерзлой системы при наличии модели МТ, происходила в несколько этапов и ранее представлена в нашей работе :

1) Мелкий, пылеватый песок криолитозоны помещается в кюветы и уплотняется. Грунт насыщается водой до 15% ;

2) Кюветы замораживаются для получения однородного мерзлого массива грунта, высота которого равна ;

1. Применено два способа моделирования ледяного слоя:

a. В случае горизонтальной прокладки - прослойка льда укладывается поверх замороженного слоя грунта на всю площадь поверхности кюветы. .

b. В случае поперечной прокладки - две пластины льда - прослойки, высотой итолщиной каждая прокладываются в нижний слой грунта до дна и на расстоянии друг от друга;

3) Поверх исследуемых образцов со льдом помещается верхний слой грунта, насыщенного водой с соотношением 15 %. Высота слоя равна .Замораживаются.

4) Перед началом эксперимента в верхний слой грунта по направлению потока воды укладывается модель МТ, концы которого выведены за пределы кюветы и газового термостата для соединения с компрессором;

5) Подача газа компрессором на протяжении всего эксперимента осуществлялась равномерно, с одинаковым давлением и температурой.

Рис. 9. Стенд для проведения эксперимента. 1 - кювета; 1а - подвижный экран; 1б - теплоизолирующий материал; 2 - мерзлый грунт; 3 - термостат; 4 - регулирование угла подачи воды; 5 - кран; 6 - приемник; 6а - сито; 7 - отстойник пылеватой составляющей грунта и воды; 8 - газовый термостат; 9 - тепловизор; 10 - компрессор; 11 - модель МТ

На рисунке изображена схема усовершенствованного стенда для проведения эксперимента. Установка была дополнена компрессором 10 с подачей воздуха при температуре ? 20єС, которая соответствует температуре транспортируемого по МТ газа. Металлическая трубка 11, которая может располагаться как вдоль, так и поперек уклона кюветы, соединена с пластиковой на входе и выходе, т.о. при проведении экспериментального исследования вода низкой температуры не проникала внутрь модели МТ. Тепловая съемка проводилась с помощью тепловизора 9.

1) Кювета с подготовленным мерзлым грунтом, температура которого Т= 255 К, и моделью МТ устанавливается открытым сектором с углом наклона, имитирующем склон, под водоподающее устройство, откуда поступает струя воды для размыва грунта;

2) Вода с заданным водотоком постоянного расхода Q= 100 мл/мин и заданной температурой Т= 274 К поступает в кювету - камеру для испытаний мерзлых грунтов на термоэрозионный размыв;

3) В процессе протаивания и размыва грунта, через заданный интервал времени(t=120 c), фиксируются (штангенциркулем) глубина протаивания и глубина размыва грунта;

4) На выходе из камеры электронным термометром фиксируется температуры воды;

5) В приемнике вынесенного грунта фиксируется масса вынесенного грунта;

6) В отстойнике пылеватой составляющей грунта определяется добавочная масса грунта и объем израсходованной воды за время испытания;

7) По окончании испытания грунт высушивается и взвешивается.

2.3 СХЕМА УСЛОВИЙ И ОБОБЩЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСПЕРИМЕНТА

Каждый эксперимент проводился в 3 повторностях для расчета погрешностей (приложение 3). В общем, для всех групп экспериментов относительная погрешность в среднем ~ 5%, максимальная - 10%. Абсолютная погрешность измерения глубины составила 0,3мм. Температура воды и температура грунта измерялись термопарами с ценой деления, совпадающей с погрешностью измерений - 0,001°С. Было проведено 12 серий экспериментов:

1 - 2. С моделью МТ, расположенной вдоль направления потока воды в слоистой песчаной системе с льдистостями 5% и 15% (2014 г.);

3 - 4. С моделью МТ, расположенной поперек направления потока воды в слоистой песчаной системе с льдистостями 5% и 15% (2014 г.);

5 - 6. С моделью МТ, расположенной вдоль направления потока воды в слоистой торфо-песчаной системе с льдистостями 5% и 15% (2014 г.);

7 - 8. С моделью МТ, расположенной поперек направления потока воды в слоистой торфо-песчаной системе с льдистостями 5% и 15% (2014 г.);

9 - 10. Без модели МТ в слоистой песчаной торфо-песчаной системах с 15% льдистостью (2015 г.);

11 - 12.С моделью МТ, расположенной вдоль направления потока воды в слоистой песчаной системе с льдистостью 15% и с горизонтальным или вертикальным прослоем льда (2015 г.).

Эксперименты проведены и проанализированы в следующихсравнительных группах при одинаковых расходах и температурах грунта (255 К) и воды на входе (около 274 К):

А) Слоистые мерзлые системы на основе пылеватого песка криолитозоны с горизонтальным и вертикальным включением прослоев льда (контроль) 15% (2015 г.);

Б)С моделью МТ также с горизонтальным включением прослоев льда (2014г.) 5 и 15 % аналогично по грунту:

а) МТ - вдоль;

б) МТ - поперек;

В) С моделью МТ также с горизонтальным и вертикальным включением прослоев льда аналогично по грунту (2015) 15%;

Г) Слоистые мерзлые системы на основе торфо-песчаной (ТПС) смеси с моделью МТ с горизонтальным включением прослоев льда(2014г.) 5% и 15 %:

а) МТ - вдоль;

б) МТ - поперек.

Следует отметить, что в моделях 2014 г. глубина залегания и мощность прослоев льда были ниже, чем в 2015г. в два раза: соответственно 0.02, 0.01, 0.02 м и 0.04, 0.02, 0.04 м.

Сравнительная оценка параметров реального трубопровода в природных условиях и модели(таблица 2.3.1).

Таблица 2.3.1. Сравнительная оценка параметров

Параметры	Магистральный трубопровод	Модель МТ
диаметр, мм	1400	4
длина, м	59,5	0,17
количество швов, шт	?5	-
базис эрозии, м	15	0,04 (2014)
уклон, град	15	15
время	?46 дней Весеннее снеготаяние- примерно два годовых цикла	?1440 с по предельно-термоэрозионному типу размыва



ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОЭРОЗИИ С УЧЕТОМ РАСПОЛОЖЕНИЯ МОДЕЛЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

3.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

На рисунках3.1.1 и 3.1.2 представлены результаты изменения глубины протаиванияh(t) от времени, при наличии МТ, расположенного вдоль и поперек уклона. Модель с мелким пылеватым песком криолитозоны. Эксперимент проводился при разной льдистости (5% и 15%, чтосоответствуетмалольдистым грунтам). Общий характер кривых нелинейный: глубины размыва со временем увеличиваются. На графиках можно выделить зоны, в которых процесс термоэрозии замедлялся. Эти зоны соответствуют достижению процессом жил льда. Расположение модели МТ вдоль или поперек потока значительно (?1,3-1,5 раз) изменяет скорость течения процесса термоэрозии. Так при расположении вдоль потока воды процесс протекает быстрее в 1,29 раз. В случае расположения МТ вдоль склона преобладают процессы термоэрозии; для поперечного расположения - вероятно развитие термокарста.

Рис. 10 Динамика изменения глубины размыва при наличии МТ, расположенного поперек склона. Жила льда - горизонтальная.СравнительнаягруппаБб)



Рис. 11 Динамика изменения глубины размыва при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жила льда - горизонтальная. Сравнительная группа Ба)

Во второй серии экспериментов модель состояла из торфо-песчаной смеси. Динамика изменения глубиныразмыва представлена на рисунках 3.1.3. и 3.1.4. Процесс размывания грунта протекает медленнее (?1,4 раза), по сравнению с песчаной слоистой моделью, поскольку торф, имея маленькую массу и легкую консистенцию, впитывает в себя поступающую воду, набухает и не позволяет вымывать грунт. Следовательно, поступающий поток воды не может быстро растопить жилу льда, находящуюся между слоями торфо-песчаной смеси.

Рис. 12 Динамика изменения глубины размыва при наличии МТ, расположенного поперек склона. Жила льда - горизонтальная. Сравнительная группа Гб)

Рис. 13 Динамика изменения глубины размыва при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жила льда - горизонтальная.Сравнительная группа Га)

В третьей серии экспериментов жила льда располагалась вертикально. Модель с песчаной малольдистойсмесью (15%). Модель МТ располагалась вдоль склона. Результаты изменения динамики размыва представлены на рисунке 3.1.5. Можно отметить, как способ прокладки слоев льда влияет на динамику эксперимента. Так при вертикальном расположении прослоев в песчаном грунте процесс размыва протекает медленнее примерно 1,3 раз. Поток воды буквально «разрезает» грунт, образуя ложбину.

Рис. 14 Динамика изменения глубины размыва при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жилы льда расположены горизонтально и вертикально. Сравнительная группа В)

На рисунках представлена динамика изменения интенсивности размыва J(t) песчаного и торфо-песчаного грунтов в зависимости от льдистости и расположения модели МТ. Характер кривых нелинейный. Со временем интенсивность размыва грунта увеличивается, так как с начала размыва образуется предельный смыв, и поток воды смывает малое количество частиц грунта. Но с течением времени грунт пропитывается водой, и частицы перестают быть скованы льдом, который оказывает «цементирующее действие» на грунт. По мере прохождения эксперимента грунт тает, что дает дополнительную воду, в результате чего размыв происходит быстрее. Также можно выделить зоны достижения процессом жил льда, и как в виду этого изменяется характер кривых.



Рис. 15. Динамика изменения интенсивности размыва при наличии МТ, расположенного поперек склона. Жила льда расположена горизонтально. Грунт песчаный

Рис. 16 Динамика изменения интенсивности размыва при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жила льда расположена горизонтально. Грунт песчаный

Рис. 17 Динамика изменения интенсивности размыва при наличии МТ, расположенного поперек склона. Жила льда расположена горизонтально. Грунт торфо-песчаный



Рис. 18 Динамика изменения интенсивности размыва при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жила льда расположена горизонтально. Грунт торфо-песчаный

На рисунке 19 представлен график динамики изменения интенсивности в зависимости от расположения жил льда при расположении модели МТ по направлению потока воды. Также можно увидеть, что при горизонтальном расположении льда процесс протекает быстрее, чем при вертикальном.

Рис. 19 Динамика изменения интенсивности размыва при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жилы льда расположены горизонтально и вертикально. Грунт песчаный

На рисунке 20 представлена динамика изменения противоэрозионной устойчивости песчаного грунта. Как видно из графика, противоэрозионная устойчивость грунта со временем растет, но затем начинает падать. Это можно объяснить тем, что в начале эксперимента мерзлый грунт скован льдом, поэтому хорошо сопротивляется размыву, но по мере протекания эксперимента грунт намокает и тает, соответственно его устойчивость падает.



Рис. 20 Динамика изменения противоэрозионной устойчивости при наличии МТ, расположенного вдоль склона. Жилы льда расположены горизонтально и вертикально. Грунт песчаный

На рисунке 21 представлены динамика изменения тепловой энергии водного потока в зависимости от способа прокладки прослоев льда в песчаном грунте. Характер кривых нелинейный: тепловая энергия с течением времени растет. Поступающий на размыв поток воды имеет температуру выше температуры грунта и, достигая его поверхности, согревает грунт. Также свое влияние оказывает модель МТ, также имеющая температуру выше температуры грунта.

Рис. 21 Динамика изменения тепловой энергии в песчаном грунте

На рисунке 22 представлено изменение динамики коэффициента теплообмена в зависимости от способов прокладки прослоев льда в песчаном грунте при наличии модели МТ, расположенной по направлению потока воды. Характер кривых нелинейный. Коэффициент теплообмена с течением времени и по мере размыва увеличивается. Это объясняется тем, что коэффициент теплообмена зависит от интенсивности размыва. Как было сказано ранее, по мере протекания эксперимента интенсивность растет. По данным графикам также видно, в какой момент времени поток воды достигал прослоев льда.

Рис. 22 Динамика изменения коэффициента теплообмена в песчаном грунте

3.2 АНАЛИЗ

По результатам всей серии экспериментов была составлена гистограмма для времени протеканиякаждого эксперимента. Была выделена контрольная группа, которая содержит результаты за 2015 год без наличия МТ, а также были выделены 2 группы с результатами за 2014 и 2015 г.

Таблица 3.2.1

Гистограмма наглядно показывает:

a) по сравнению с контрольной группой (без МТ)времени на процесс требует в разы меньше;

b) внутри каждой группы (2014 и 2015 г.) получены особенности протекания процесса при различных льдистостях, расположении МТ, жил льда, наличия торфа;

c) что, несмотря на то, что торф замедляет процесс термоэрозии на ?53%, наличие модели МТ ускоряет на ?4%;

d) вертикальное расположение льда замедляет процесс на 30%, наличие при этом модели МТ ускоряет на 15%;

e) расположение МТпоперек ускоряет процесс на 28% для ТПС;

f) при 5% льдистости процесс протекает быстрее на 20% для песчаной смеси и на 17% для ТПС при расположении МТ вдоль.

Особенности:

1. На рисунке 23 изображена динамика изменения глубин размыва при различных условиях эксперимента (при G=15%), которая также отражает, что при наличии МТ процессы протекают быстрее.

Рис. 23 Особенности динамики глубин размыва

2. На рисунке рассмотрены случаи, когда модель МТ располагалась вдоль и поперек направления потока воды (при G=15%, расположение льда горизонально). Как уже отмечалось ранее - при поперечном расположении МТ вероятно развитие термокарста, что замедляет процесс в 1,2 раза, но при этом само наличие модели МТ ускоряет в 1,13 раз.



Рис. 24 Особенности динамики глубин размыва



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе исследованы процессы предельно-термоэрозионного размыва при наличии модели магистрального трубопровода мерзлых дисперсных грунтов в условиях лабораторного эксперимента с учетом теплофизических факторов.

Обоснована методика проведения эксперимента и проведено физическое моделирование процессов в зависимости от теплофизических и механических свойств дисперсной среды: льдистость грунтов (5, 15 %), при температуре воды 274 К для образцов несвязанного низкотемпературных грунтов слоистой структуры неоднородной льдистости.

Проведение лабораторного эксперимента позволило определить особенности термоэрозионного процесса при наличии модели МТ:

* Интенсивность техногенной термоэрозии на моделях МТ в 1,85-2 раза превышает интенсивность обычной термоэрозии(без учета модели МТ) и показывает существенный вклад техногенного фактора. Это объясняется высокой теплопроводностью металлоконструкций, которые переносят энергию тепла в мерзлый грунт. Интенсивность процесса замедляется, если зона наземной прокладки осыпается торфо-песчаной смесью, так как торф впитывает воду, набухает, сам становится препятствием размыва и снижает скорость и количество воды в водотоке;

* Положение МТ вдоль или поперек склона влияет на интенсивность термоэрозии. При прокладке МТ вдоль склона интенсивность существенно ниже, чем при поперечной прокладке. В точках пересечения трубопровода с промоиной происходит ускорение процесса протаивания с развитием термокарста, с усилением кинетической энергии потока за счет образования водобойного «колодца»;

* Наличие ледяных включений увеличивает общие объемы разрушений промоины, как по форме, так и по массе вынесенного грунта, т.к. при таянии ледяного прослоя освобождается место и появляется дополнительное питание водотока;

* Интенсивность процесса выше на малольдистых грунтах по сранению со средней льдистостью (15%), так как для льдистых грунтов требуется больше тепловой энергии на протаивание;

* Интенсивность термоэрозии выше при горизонтальном расположении ледяной прослойки, чем при вертикальном расположении. Поскольку при размыве вертикальные прослои льда играют роль временной «плотиной, т.е. являются помехой для водотока. По мере течения процесса также образуются термокарстовые «озера» - понижение с накоплением воды. Это замедление процесса является временным и по мере протаивания прослоя льда процесс ускоряется с дополнительным водосодержанием.

Результаты проведенных исследований могут быть использованы как научная основа при разработке методов и способов управления термоэрозионными процессами в условиях прокладки магистральных трубопроводов в криолитозоне. Должен быть организован специальный геотехнический мониторинг склоновых процессов термокарста и термоэрозии.

Данные материалы представлены на двух конференциях в 2014 и 2015 годах и опубликована статья.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.И.Дубиков, В.И.Аксенов. Геокриологический словарь. М.: ГЕОС, 2003. - 140 с.

2. R. Winston Revie, Oil and Gas Pipelines: Integrity and Safety Handbook. 2015 -856 р.

3. Березин В.Л., Бородавкин П.П. Сооружение магистральных трубопроводов. Недра, Москва, 1977 г. - 407 с.

4. Terry T. McFadden, F. Lawrence Bennett. Сonstruction in Cold Regions: A Guide for Planners, Engineers, Contractors, and Managers Hardcover. 1991 - 256 р.

5. Степанова В., Иванова Е., Проектирование и строительство магистральных трубопроводов в районах Арктики и крайнего севера. //1974-1976 . - 39 с.

6. Хаустов А.П. ,Редина М.М. Охрана окружающей среды при добыче нефти.// Издательство «Дело». Москва. 2006. - 84 с.

7. http://geographyofrussia.com/vozdejstvie-nefteprovodnogo-i-gazoprovodnogo-transporta/.

8. Еремин М.Н. Анализ причин аварий на нефтегазопроводах Оренбургской обл.: Тезисы докладов на Российской научно-практической конференции «Природопользование-98». Оренбург: ОГУ.1998. - с.52-53.

9. Entrekin, Sally et al. “Rapid expansion of natural gas development poses a threat to surface waters.” Frontiers in Ecology, vol. 9, iss. 9. October, 2011 -- 503 р.

10. James R. Rastorfer. Ecological effects of pipeline construction through deciduous forested wetlands, Midland County, Michigan. GasResearchInstitute, 1995. - 148 р.

11. Sami Atallah. Natural Disasters and the Gas Pipeline System. Gas Research Institute. 1996 - 106 p.

12. Быкова А.В., Лебедев М.С., Лобастова С.А., «Исследование термоэрозионных процессов и оврагообразования в природно-технических системах газовых месторождений». Десятая Международная конференция по мерзлотоведению (TICOP). Сборник трудов: в 5 т. Т.5/отв.ред. Д.С.Дроздов. - Тюмень, Россия: Печатник, 2012 - с.48-49.

13. Лобастова С.А., Хабибуллин И.Л. Патент 126715 «Стенд для моделирования горизонтального термоэрозионного размыва мерзлых грунтов».

14. Вороненко Е.С., Пушкарева Т.А., Лобастова С.А., «Физическое моделирование термоэрозии в слоистых мерзлых грунтах». Сборник трудов: в 2 т. Т.2. Физика. Химия/ отв.ред. Е.Г.Екомасов.-Уфа: РИЦ БашГУ, 2014.-С.109-114

15. Бородавкин П.П. Охрана окружающей среды при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов. // Учебник для вузов. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Недра, 1987. -- 471 с.

16. Лобастова С.А., Хабибуллин И.Л., Масалкин С.Д. и др. Управление овражной термоэрозий в условиях Севера Западной Сибири. //Строительство трубопроводов. - М., 1989. № 5.

17. Мазур И.И., Иванцов О.М., Молдаванов О.И. Конструктивная надежность и экологическая безопасность трубопроводов. -- М.: Недра. 1990. -- 246 с.

18. Мазур И.И., Иванцов О.М., Безопасность трубопроводных систем. // Издательский центр «ЕЛИМА». Москва. 2004. - 1104 с.

19. Термоэрозия дисперсных пород. Под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Изд-во МГУ, 1982 . - 194 с.

20. Pearse, Peter H, The Mackenzie pipeline: Arctic gas and Canadian energy policy.// Toronto : McClelland and Stewart, 1974. - 229 p.

21. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. М.: Минстрой России. ГУП ЦПП. 1997. - 60 с.

22. ГОСТ - 20295-85* . Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия. Государственный стандарт Союза ССР. 1985. -11 с.

23. ГОСТ - 25100-2011.Грунты. Классификация. Национальный стандарт РФ.2011. - 63 с.

СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.Государственный строительный комитет СССР. 1990. - 60 с.



ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Слоистая песчаная система с 15% льдистостью и горизонтальным расположением жилы льда. Модель МТ расположена вдоль направления потока воды.

Модель МТ

Рисунок 1 Песчаная система грунта с горизонтальным расположением прослоя льда. В начале эксперимента

Рисунок 2 Песчаная система грунта с горизонтальным расположением прослоя льда. В течение эксперимента

Слоистая песчаная система с 15% льдистостью и вертикальным расположением жил льда. Модель МТ расположена по направлению потока воды.



Рисунок 3 Песчаная система грунта с вертикальным расположением прослоев льда. Модель МТ по направлению потока воды. В начале эксперимента

Рисунок 4 Песчаная система грунта с вертикальным расположением прослоев льда. Модель МТ по направлению потока воды. В течение эксперимента



ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Постоянные, используемые при расчете исследуемых параметров эксперимента:

Q, м3/с	1,66·10-6
Sсечения, м2	0,00001256
св, кг/м3	1000
Cв, Дж/кгК	4200
Cл, Дж/кгК	2100
сл, кг/м3	916,7
L, Дж/кг	3,3·10-5
Gп	0,15
c	0,02
Tф, К	273
Tвход, К	274

Прямые измерения для песчаного грунта 15% льдистости и при наличии модели МТ, расположенной по направлению потока воды.

Таблица 1 Прямые измерения. Лед горизонтально

лед вертикально
t, c	1 кювета	2 кювета	3 кювета
	h, m	T, K	h, m	T, K	h, m	T, K
0	0	273,4	0	273,3	0	273,3
120	0,004	273,4	0,005	273,3	0,004	273,3
240	0,007	273,4	0,008	273,4	0,008	273,3
360	0,01	273,4	0,011	273,5	0,012	273,5
480	0,015	273,3	0,016	273,5	0,017	273,6
600	0,017	273,3	0,021	273,5	0,02	273,6
720	0,022	273,2	0,024	273,4	0,023	273,5
840	0,027	273,2	0,029	273,6	0,027	273,4
960	0,032	273,1	0,031	273,4	0,032	273,2
1080	0,035	273,2	0,033	273,3	0,034	273,2
1200	0,037	273,3	0,036	273,2	0,037	273,3
1320	0,04	273,4	0,038	273,3	0,04	273,5
1440	0,044	273,4	0,042	273,4	0,045	273,7
1560	0,047	273,5	0,046	273,4	0,049	273,8
1680	0,05	273,7	0,05	273,5	0,052	274,1
1800	0,054	273,9	0,055	273,7	0,055	274,2
1920	0,059	274,1	0,06	273,8	0,058	274,3
2040	0,082	274,3	0,081	273,9	0,08	274,5
		273,4764706		273,4765		273,6471

Таблица 2 Прямые измерения. Лед вертикально

лед горизонтально
t, c	1 кювета	2 кювета	3 кювета
	h, m	T, K	h, m	T, K	h, m	T, K
0	0	273,4	0	273,4	0	273,4
120	0,005	273,4	0,004	273,3	0,005	273,3
240	0,009	273,4	0,008	273,3	0,008	273,4
360	0,013	273,4	0,011	273,5	0,014	273,5
480	0,017	273,3	0,016	273,6	0,017	273,5
600	0,023	273,3	0,022	273,6	0,021	273,5
720	0,025	273,5	0,024	273,5	0,026	273,4
840	0,027	273,2	0,025	273,4	0,028	273,5
960	0,029	273,2	0,027	273,3	0,029	273,4
1080	0,03	273,2	0,03	273,3	0,031	273,3
1200	0,035	273,6	0,033	273,3	0,034	273,6
1320	0,04	273,8	0,037	273,5	0,038	273,8
1440	0,044	273,9	0,04	274,2	0,043	274,2
1560	0,082	274,2	0,081	274,4	0,083	274,3
		273,4923		273,5538		273,5923



ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Таблица 3 Расчет интенсивности, тепловой энергии и коэффициента теплообмена. Лед вертикально

t, c	лед вертикально
	T, K	Tв, К	J, m/c	Eтепл, кДж	alpha, Вт/м2К	R, Н
0	273,4	273,7	0	0	0
120	273,4	273,7	3,33333E-05	-0,00209	1512,555	0,434947
240	273,4	273,7	2,91667E-05	-0,00209	1323,486	0,497082
360	273,4	273,7	2,77778E-05	-0,00209	1260,463	0,521936
480	273,3	273,65	0,00003125	-0,00244	1418,02	0,463943
600	273,3	273,65	2,83333E-05	-0,00244	1285,672	0,511702
720	273,2	273,6	3,05556E-05	-0,00279	1386,509	0,474488
840	273,2	273,6	3,21429E-05	-0,00279	1458,535	0,451056
960	273,1	273,55	3,33333E-05	-0,00314	1512,555	0,434947
1080	273,2	273,6	3,24074E-05	-0,00279	1470,54	0,447374
1200	273,3	273,65	3,08333E-05	-0,00244	1399,113	0,470213
1320	273,4	273,7	3,0303E-05	-0,00209	1375,05	0,478442
1440	273,4	273,7	3,05556E-05	-0,00209	1386,509	0,474488
1560	273,5	273,75	3,01282E-05	-0,00174	1367,117	0,481218
1680	273,7	273,85	2,97619E-05	-0,00105	1350,496	0,487141
1800	273,9	273,95	0,00003	-0,00035	1361,3	0,483274
1920	274,1	274,05	3,07292E-05	0,000349	1394,387	0,471807
2040	274,3	274,15	4,01961E-05	0,001046	1823,963	0,360688

Таблица 4. Расчет интенсивности, тепловой энергии и коэффициента теплообмена

t, c	Лед горизонтально
	T, K	Tв, К	J, m/c	Eтепл, кДж	alpha, Вт/м2К	R, Н
0	273,4	273,7	0	0	0
120	273,4	273,7	4,16667E-05	-0,00209	1890,694	0,347958
240	273,4	273,7	1,66667E-05	-0,00209	756,2775	0,869894
360	273,4	273,7	2,22222E-05	-0,00209	1008,37	0,65242
480	273,3	273,65	0,000025	-0,00244	1134,416	0,579929
600	273,3	273,65	0,00003	-0,00244	1361,3	0,483274
720	273,5	273,75	2,77778E-05	-0,00174	1260,463	0,521936
840	273,2	273,6	2,61905E-05	-0,00279	1188,436	0,553569
960	273,2	273,6	0,000025	-0,00279	1134,416	0,579929
1080	273,2	273,6	2,31481E-05	-0,00279	1050,385	0,626324
1200	273,6	273,8	0,000025	-0,00139	1134,416	0,579929
1320	273,8	273,9	2,65152E-05	-0,0007	1203,169	0,54679
1440	273,9	273,95	2,70833E-05	-0,00035	1228,951	0,535319
1560	274,2	274,1	4,9359E-05	0,000697	2239,745	0,29373

Размещено на Allbest.ru