Устройство для моделирования промерзания грунта Советский патент 1984 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к устройствам для экспериментальных исследований физико-механических процессов в мерзлых горных породах и быть использовано в лабораторных установках, имитирукяцих процессы теплообмена при промерзании и оттаивании грунтов, морозного пучения грунтов и факторы, влияющие на эти процессы. Известно устройство для исследования процесса промерзания грунта, содержащее контейнер с образцом, помещенный в скважину ClИ. Однако данное устройство не поз|Воляет воспроизводить различные усло вия промерзания, имеющие место в разных климатических районах, и управлять различными факторами, влияющими на процесс промерзания., Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования промерзания грунта, содержащее контейнер с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым поверхностям, теплообменники торцовых поверхностей грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения температуры грунта и воздуха 12. Однако известное устройство не обеспечивает достаточной точности вы полнения программы перемещения фронт промерзания,соответствуняцейпроцессу .,л.,«-Ра г. о«о« промерзания грунта в природе в связи с тем, что промерзание образца проис ходит как с торца, так и через боковые стенки. Цель изобретения - повышение точности управления температурным полем в образце грунта. . Поставленная цель достигается тем что в устройстве для моделирования промерзания грунта, содержащем контейнер с открытыми торцами и теплоиз лдционным слоем по боковым поверхнос тям, теплообменники для охлаждения и подогрева торцовых поверхностей грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения температуры грунта и воздуха, воздуховод выполнен в виде змеевика с сечением витков п рямоугольной формы, нагревательные элементы с регуляторами нагрева установлены внутри воздуховода в каждом его витке, приборы для измерения температуры размещены в. воздуховоде и внутри к6нтейнё ра на одинаковых уровнях, а высота сечения витков воздуховода удовлетворяет условию - высота сечения витка воздуховода;Фрор - допустимая поперечная составляющая теплового потока (доли от теплового потока вдоль образца); - толщина теплоизоляционного сл теплопроводность стенки контейнера;Лрр- теплопроводность грунта. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид;:на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2. Устройство состоит из контейнера 1 и теплообменников 2 и 3 на торцах контейнера. Торцы контейнера открыты, а боковые стенки имеют теплоизоляцию 4. На внешней поверхности теплоизоляции размещен спиралеобразный воздуховод 5, обвивающий контейнер равномерными витками по всей высоте. пс ВнуТрИ ВОЗДУХОВОДа 5 установлены вентилятор 6 и нагревательные элементы 7, которые имеют регуляторы 8 нагрева. Внутри контейнера ив воздуховоде на одинаковых уровнях по высоте установлены датчики 9 температуры. Воздуховодами 1О и 11 теплообменник 2 соединен с холодильной камерой. Аналогично воздуховодами 12 и 13 соединен со второй холодильной камеройтеплообменник 3. Устройство работает следующим образом. В контейнер 1 помещают образец грунта. Через воздуховод 10 в теплообменник 2 подают воздух из холодильной камеры, при этом часть его по воздуховоду 11 возвращается обратно в холодильную камеру. Таким образом, в теплообменнике 2 создают, заданную температуру, которую регулируют в процессе эксперимента, воспроизводя заданный режим охлаждения торцовой поверхности образца при его

йромораживании. Аналогичным образом в теплообменнике 3 обеспечивают температурный режим, имеющий место в природе на подошве слоя сезонного промерзания грунта. Часть воздуха из теплообменника 2 с помощью вентилятора 6 нагнетается в спиралеобразньй воздуховод, где за счет теплообмена с окружающей-средой и искусственного подогрева нагревательными элементами 7 воздух нагревается. Наблюдатель контролирует с помощью датчиков температур 9 рас//

L

П24225 .4

пределение температур в образце грунта и в окружающем спиралеобразном воздуховоде 5, создавая в последнем температурное поле, аналогичное тем5 пературному полю в образце.

Предлагаемое техническое решение полностью обеспечивает одномерность :промерзания грунта за счет устране:ния теплопередачи через боковую 10 ;поверхность контейнера и позволяет существенно повысить достоверность прЬгн6за развития криогенных процессов.

i

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТА., содержащее контейнер с открытыми торцами и теплоизоляционным слоем по боковым поверхностям, теплообменники для охлаждения и подогрева торцовых поверхностей грунта, воздуховод с вентилятором и нагревательными элементами с регуляторами нагрева, а также приборы для измерения температуры грунта и воздуха, отличающе еся тем, что, с цель{о повьшения точности управления температурным полем в образце грунта, воздуховод выполнен в виде змеевика с сечением витков прямоугольной формы, нагревательные элементы с регуляторами нагрева установлены внутри воздуховода в.каждом его витке, приборы для измерения температуры.размещены в воздуховоде и внутри контейнера на одинаковых уровнях, а высота сечения витков воздуховода удовлетворяет условию гр l ropj ropJOcT ст где h - высота сечения витка воздуховода; ф|,р - допустимая поперечная сос(Л тавляющая теплового потока (доли от теплового потока вдоль образца); - толщина теплоизоляционного слоя; 1 - теплопроводность стенки контейнера;ю 71 Рр- теплопроводность грунта. 4 to ю СП

3 П