Моделирование теплового взаимодействия системы трубопроводов центрального хладоснабжения с мерзлым грунтом Modeling of thermal interaction of the central cooling supply pipeline system with frozen ground

В работе приводится математическая модель теплового взаимодействия двух трубопроводов центрального хладоснабжения с массивом грунта. Модель включает в себя посуточное изменение параметров теплообмена окружающей среды. Учет фазового перехода поровой воды при промерзании и оттаивании песчаного грунта, проводится через функцию количества незамерзшей воды. Теплофизические свойства влажного песчаного грунта являются непостоянными в модели и функционально связаны c функцией количества незамерзшей воды. Граничное условие теплообмена на дневной поверхности песчаного грунта построено с учетом суммарного солнечного излучения, альбедо поверхности, скорости ветра. Данные характеристики построены на основе натурных наблюдений в районе г. Якутска. Для численного интегрирования предложенной нами модели, применялась универсальная среда численного моделирования Comsol Multiphysics v.6.0. Основой среды является конечно-элементный метод для численного решения уравнений в частных производных. Довольно легко оказалось с помощью данной среды поставить граничные условия при вынужденной конвекции на внутренней стенке трубопровода с движущейся водой. Моделирование задачи о распространении тепла в массиве грунта рассмотрели в двумерной постановке. В качестве примера для расчета температурного поля была взята площадка в районе г. Якутска с однородным минералогическим составом близким к песчаному грунту. Результаты расчетов показывают, что температурный режим проложенных подземным путем трубопроводов центрального хладоснабжения, оказывает существенное влияние на температуру многолетнемерзлого массива грунта, т.е. приводит его к растеплению. Отсюда следует, что при такой схеме прокладки систем трубопроводов требуется провести ряд мероприятий по сохранению устойчивости и прочности многолетнемерзлого грунта.