5. Определение скорости движения воздуха и производительности вентиляторов

При определении скорости движения воздуха в замораживающих

колонках необходимо знать:

а) радиус мерзлотного цилиндра (за период первого зимнего охлаждения τ₁ м;

б) внешний радиус колонки r_к, м;

в) среднюю длину колонок h_к, м, и их количество п.

Объем мерзлотного цилиндра вокруг каждой колонки будет равен:

. (5.1)

Объем мерзлотной стенки, образующийся за период τ₁ при работе системы из п колонок равен:

. (5.2)

Количество тепла, выделяющееся при замораживании грунта в объеме всей мерзлотной стенки при работе всех колонок, определяется формулой:

, (5.3)

где W_С – суммарная влажность грунта, доли единицы; – объемный вес скелета грунта, т/м³.

Для системы п колонок их суммарная холодоотдача в грунт при движении холодного наружного воздуха в кольцевом пространстве ко­лонки определяется по зависимости

, (5.4)

где Ф – величина общего объема воздуха, прогоняемого через все колонки мерзлотной завесы за период замораживания τ₁; – объемный вес воздуха, кг/м³ (при t=0; 1,293 кг/м³); – удельная теплоемкость воздуха, 0,24 ккал/(м³·град); – температура воздуха на входе и выходе из колонок.

При нагнетании холодного воздуха по внутренней трубе, а отводе – по кольцевому зазору между внутренней и внешней трубами колонки связь между температурами входящих и выходящих воздушных потоков и температурой воздуха на дне колонки можно определить по формуле:

, (5.5)

где , , – соответственно температура воздуха на выходе, входе и на дне замораживающей колонки, ° С; Ф – расход воздуха, м³/ч; С_В – объемная теплоемкость воздуха (0,325 ккал/(м3·град); К₁ – линейный коэффициент теплопередачи (ккал/(м3·ч·град); h_к — длина колонки, м.

Величина К₁ может быть принята равной 1,38; 1,03 и 0,966 соответственно для стальной, фанерной и винипластовой внутренних труб.

Полагая равными значения Q* и q₃, из уравнений (4) и (5) находим искомую величину Ф.

Для нахождения скорости движения воздуха необходимо задаться производительностью всех вентиляторов; общая производительность всех вентиляторов системы будет равна:

, (5.6)

где

τ₁ – продолжительность периода зимнего вентилирования колонок, ч.

Если систему замораживающих колонок разделить на т секций, то производительность каждого отдельного вентилятора, обслуживающего каждую из т секций замораживающей системы, равна:

. (5.7)

При известной площади кольцевого сечения колонки ω (м²) и числе N колонок секции, обслуживаемых одним вентилятором, средняя скорость движения воздуха в кольцевой щели определяется формулой

, (5.8)

где

; , м;

d₂ – внутренний диаметр наружной трубы колонки, м; d₁ —то же, наружный, м.

На основании натурных данных V_В не должна быть менее 3 м/с. Оптимальная величина V_В = 5–9 м/с.

Задаваясь величиной V_B в интервале 2≤V_B≤8–9 м/с, по формуле (5.8) можно определить необходимую производительность вентилятора каждой секции.

Ориентировочно средняя скорость движения воздуха в кольцевой щели при заданной производительности вентилятора Р' может быть определена также по формуле

(5.9)

Примеры определения скорости движения воздуха и производи­тельности вентиляторов даны в примере 5.1 и 5.2.