冻结法6-8节.ppt

温度场：研究冻结过程中，井筒周围空间温度随时间变化的规律。 是一个相变的、移动边界的、有内热源的、边界条件复杂的、不稳定的导热问题。 求解方法： 解析法 模拟法  数值法：最有效。近似方法。  导热方程： 取单位厚度（1m）薄片 均质、连续、轴对称、平面问题 tn一温度分布； n—岩土状态， n＝1，表示融土 n＝2，表示冻土 τ— 冻结时间； r— 圆柱坐标，以井筒中 心为原点 αn—导温系数 t0—地层的初始温度 td—岩土的冻结温度 tc—盐水温度 二、 冻结过程 四、冻结时间 五、冻结壁内平均温度 冻结壁厚度 ：一般2～6m，深井时在10m以上。 计算方法分类： 轴对称平面应变力学模型 轴对称空间力学模型 数理统计法 2. 多姆克公式(德国) 综合比较 三、数理统计法 第八节 冻结井壁 二、井壁厚度计算 三、井壁验算 2、受均压时厚壁圆环强度验算 最大计算应力在井壁内缘。 * 第六节 冻结温度场 一、温度场的数学模型 二、冻结过程 三、冻结管吸热能力 四、冻结时间 五、冻结壁内平均温度 一、温度场的数学模型 温度场示意图 向内扩展：快－交圈－慢－快（控制） 向外扩展：比向内慢，2～3m时变慢。 三个特征面： 主面(5) 界面(6) 轴面(7) 冻结壁内侧厚度占总厚度的0.55～0.60倍 冻结过程零度线等温线变化情况 三、冻结管吸热能力计算 冻结管吸热能力是指单位时间、单位面积冻结管内盐水带走的热量。 即冻结管的吸热率： （1－80） 与盐水的温度tc、 冻结管半径r0、冻结圆柱扩散半径ξ、 冻结影响半径R、 融土和冻土的导热系数λ有关。 α—冻结管中的换热系数，70~128w/m2.k 1. 单管冻结时间 (前苏联公式） （1－82） 该式可以求出：一定的冻结管直径r0、盐水温度tc、冻土热物理参数λ条件下，达到冻结圆柱半径ξ时所需的冻结时间。 式中： Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (1-47, P47 ) td—土中水的结冰温度，ψ—地热影响系数 2. 井筒冻结时间 经验公式： （1－83） 热量平衡公式： （1－86） 式中： Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (1-47, P47 ) q—冻结管的吸热率，即式（1－80） 或经验公式：q=0.263~0.292kw/m2 第七节 冻结壁计算 一、轴对称平面应变力学模型计算方法 1. 拉麦公式（法国） 假定：厚壁圆筒、均质、弹性体、小变形。 在地压作用下，壁内应力分布： 根据第三强度理论得到： （1－101） a—冻结壁内半径； [σ]—冻土的容许应力，σc / k ；k为安全系 数，2～2.5； p—永久地压，0.013H, MPa； H— 最大危险断面所处深度，m。 按第四强度理论得到： （1－108） 拉麦公式的适用冻结深度：100m左右以内 假设：冻土的抗压强度为4MPa（－15℃） 井筒深100m。 则: 容许抗压强度为2MPa (取安全系数为2） 地压 P=100×0.013=1.3MPa √3＝1.732, 1.732×1.3= 2.25MPa＞2MPa 假定: 理想弹塑性体, 允许冻结壁内圈进入塑性状态,而外圈仍处于弹性状态. 其它与拉麦无多大差别。 根据第三强度理论得: 应用较为广泛,适合于冻深200m左右的井筒 根据第四强度理论得: 我国的特定条件公式: 冻结壁内半径6～8m, 孔距1.3m，盐水温度－30℃，冻结管直径146mm，塑性区半径＝a＋0.3Ed： Ed=a(-1.21+0.54lnp) (1-120) 偏小，有待实践验证。 。 3.