Вкладыш для гидроинтегратора Советский патент 1980 года по МПК G06G5/00 

Изобретение относится к области моделирования процессов теплопередачи в промерзающих и оттаивающих грунтах. Известен вкладыш, который устанавливается в основной сосуд гидравлическо интегратора для создания в нем необхо- ДИМОЙ рабочей площади поперечного сечения, с помощью которого воспроизводи ся теплоемкость грунта. Вкладыш включает вытесняющее тело, имеющее постоя ную по длине площадь поперечного тела приспособление для крепления к стенкам основного сосуда l. Площадь поперечного сечения вытесня ющего тела (1,) определяется по формуле.-к дe to, - площадь поперечного сечения основного сосуда; - масштабный коэффициент, определяемый по зависимос тир Г К Сл - истинная объемная тепло- емкость; -термическое сопротивление; -гидравлическое сопротивление;-время протекания термического процесса; тг - время протекания гидравлического процесса. Недостаток известного вкладыша состоит в том, что он не позволяет учесть зависимость теплоемкости от температуры. Последнее характерно, например, для промерзающих и оттаивающих грунтов. Происходящие в промерзающих и оттаивающих грунтах фазовые переходы влаги, которые и обуславливают зависимость их теплоемкости от температуры, вынуждают при моделировании теплопередачи, помимо основных сосудов с вкла- . дьтшами, применять доподнительные сосуды, на которых воспрюизводится выдепеHHe скрытых теплот фазовых переходов. Эти дополнительные сосуды громоздки, нвдосгаточно совершенны и,, кроме того, не позволяют учесть кристаллизацию и плавление грунтовой влаги в спект ре отрицательных температур. Все это сужает функциональные возможности гидроинтегратора и усложняет моделирование процессов фазовых переходов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей гидроинтеграто ра путем моделирования процесса фазовы переходов грунтовой влаги в пределах об ласти отрицательных значений температу ры за счет воспроизводства в основном сосуде с вкладышем эффективной теплоемкости (Сд ), учитывающей как истинную теплоемкость, так и скрытые теплоты фазовых переходов грунтовой влаги. Поставленная цель достигается тем, что вытесняющее тело в пределах област отрицательных значений температуры вы полнено с переменной по высоте площадь поперечного сечения, рассчитываемой по формуле . )-K(,S5W.,(,-. (2) - площадь поперечного сече где ои ния вытесняющего тела, н данном уровне; - площадь поперечного сечения сосуда; масштабный коэффициент; -объемная теплоемкость полностью промерзшего грунта; . -текущее значение влажнос ти грунта; - соответствующая этой вла ности температура начала замерзания со знаком плю , - расстояние пр вертикали между данным уровнем и уровнем, соответствующим нулевой температуре, см; а - градиент температуры по высоте сосуда в пределах области ее отрицательных значений, С/см ; fi - объемная масса скелета грунта, & - скрытая теплота фазовых превращений влаг, 8О ккал/кг. На чертеже изображена конструкция прволагавмого вкладыша. Вкладыш содержит элемент крепления к стенкам сосуда, например стержень 1, имеющий уступ 2, с нанизанными на нем пластинами 3 различной площади сечения, которые образуют вытесняющее тело 4, стержень 1 с помощью коромысла 5 закреплен вверху на стенках сосуда (на чертеже не показан). Каждая пластина, вытесняя определенное количество воды, создает необходимую на данном уровне рабочую площадь поперечного сечения росуда. Толщина пластин может быть различной, но в наборе должны быть пластины различной гшощадиГ имеющие толщину, соответствующую точности определения температуры грунта в натурных условиях, например О, . Поскольку при предлагаемой форме вкладыша соотношение высот в гидравлическом процессе и температур в тепловом может быть каким угодно, удобно выбрать следующий масштаб 1 см -1C. Тогда минимальная толщина пластин должна быть не более 2 мм. Максимальная рабочая площадь поперечного сечения должна быть на отметке, соответствующей температуре начала замерзания грунта при заданной суммарной влажности. Эта площадь для реальных размеров блоков соизмерима с суммарной площадью основных сосудов на серийных гидроинтеграторах системы Лукьянова (20+105+0,5 см ), поэтому для осуществления предложения Не требуется привлечения дополнительных сосудов. Принимаем, что температура начала замерзания грунта равна -О, , а размеры грунтового блока 0,5 х1х1н Считаем, что в пределах температурного интервала 0,2 С теплоемкость постоянна. Тогда рабочая площадь и площадь самой верхней пластинки рассчитывается для температуры, средней между -0,1 и (-0,1)+(-0,2),3, т. е. для минус О,2°С. Эффективная теплоемкость для t - О, равна С 4 96+0,35X0,2x801 16 ООхО,1 х хо,9хО, - 22100 ккал/м град. Умножая полученное значение С на масштабный коэффициент 0,00312 получаем необходимую рабочую площадь сечения 34,5 см . Соответственно площадь вытесняющей, пластины на этом уровне равна ct/j -35,5 - 34,5- 1 см. Площадь нижележащей пластины рассчитывается уже для уровня - 0,4°С и TV д. Формула для расчета пластин вида (2), отвечающая монотонному, а не скачкообразному протеканию фазовых переходов грунтовой влаги, боаее верно отражает физическую сущность прогресса. Предлагаемое устройство вкладыша существенно расширяет функциональные возможности гидроинтегратора,позволяет моделировать фазовые переходы грунто- вой влаги в спектре отрицательных температур. При этом воспроизводство теплоемкости и скрытых теплот фазовых переходов совмещается в основном сосу де с вкладышами предлагаемой конструк ции. В свою очередь, это избавляет от необходимости использования дополнител ных емкостей для моделирования скрыты теплот фазовых переходов, уменьшает трудозатраты на моделирование. Трудо- . затраты на моделирование сокращаются еще и потому, что из расчета выпадает один из масштабных коэффициентов, вклю чающий фазовое гепло, соответственно отпадает необходимость в специальном определении масштабного соотношения между напором воды (высотой) и температурой - это соотношение задается по удобству. Формула изобретения Вкладыш для гидроинтегратора, содер жащий вытесняющее тело, связанное с элементом для крепления к стенкам сосуда, отличающийся тем, . что, с целью расширения функциональных возможностей гидроинтегратора путем моделирования процесса фазовых превра6грунтовой влаги в пределах облас-. ицательных значений температуры, яющее тело выполнено с переменвысоте площадью поперечного се- величина которой определяется. cJc;.o,%5w,f.ie..j),,X .-K. -площадь поперечного сечения вытесняющего тела, на данном уровне; -площадь поперечного сечения сосуда; .- масштабный коэффиаиент; -объемная теплоемкость полностью промерзшего грунта; -текущеезначение влажности грунта; - соответствующая этой влаж- i ности температура начала замерзания, со знаком плюс; - расстояние по вертикали между данным уровнем и уровнем, соответствующим нулевой температуре, см а - градиент температуры по высоте сосуда в пределах области ее отрицательных значений, С/см; -объемная масса скелета грун- та, & - скрытая теплота фазовых превращений влаги, 80 ккал/кг. . Источники информации, ые во внимание при экспертизе оловко М. Д. Метод расчета чаши ания в основаниях зданий, возводимноголетнемерзлых грунтах. М., с. 22 (прототип).