Способ предохранения водоемов от промерзания Советский патент 1982 года по МПК E02B15/02 

Изобретение относится к гидротехнике« занимающейся предохранением водоемов от промерзания. Известен способ предохранения водоемов от большого промерзания путем образования подо льдом воздушных прослоек малой толщины (не выше 7 мм), которые заснеживаются 13« Однако данный способ обладает малой эффективностью, так как теплопроводность сублимационного снега выше эффективной теплопроводности воздушной прослойки малой толщины. Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности, является способ предотвращения водоемов от промерзания путем создания мнргослойного теплоизолирующего покрытая Недостатком этого способа является также малая эффективность вследствие возникновения конвекции в воздушной прослойке и значительных потерях тепла на излучение. Поэтому .фактический коэффициент теплопроводности воздушной прослойки будет значительно -выше значения коэффициента теплопроводности воздуха при наличии только молекулярной теплопроводности Цель изобретения - повыяеыие эфг фективности предохранения водоемов от промерзания. Поставленная цель достигается тем, что многослойное теплоизолирукзщее покрытие выполняется путем укладки слоя льда и сорбционного материала с низким коэффициентом теплопроводности, смешанного с теплоизолирующей жидкостью, например нефтепродуктами, с последующим чередованием слоев. На .чертеже представлена схема многослойного покрытия. Цокрытие состоит из чередующихся слоев льда 1, слоев теплоизолирующей жидкости 2, смешанной с крсмикой сорбционного материёша 3 и трубопровода 4, по которой теплоизолирующая . смесь нагнетается под тонкий слой молодого льда. Способ реализуется следующим образом. После образования на поверхности воды слоя льда 1 под него закачивают слой теплоизолирующей жидкости 2, смешанной с крошкой сорбционного материала 3 по трубопроводу 4, после нарастания второго слоя льда по тру бопровроду закачивают следующий слой теплоизолирующей жидкости, и далее

операция повторяется необходимое число раз (о гределяется расчетным путем

В --дчегтве жидкого теплоизолирующего вещества, например, можно использовать нефтепродукты, которые легче воды и имеют коэффициент теплопроводности в 15-20 раз меньше, чем у льда,, В качестве сорбционного материала.,, например, можно использовать :пенопластыу коэффициент теплопроводности которых в 40-50 раз меньше, чем у льда. При возможных значейнях температурного напора в слоях нефтепродуктов толщиной не более 2 см перенос тепла через них осуществляется только посредством молекулярной теплопроводности, поэтому коэффициент теплопроводности чере такие прослойки будет около 0,12.5 Вт/м.К.

Сорбцирнный материаш, смешанный с жидкостью,.препятствует развитию конвекции в слое жидкости. Причем, так как теплопроводность пенопластов ниже, чем у нефтепродуктов, то смесь из крошки пенопласта и нефтепродуктов имеет коэффициент теплопроводноети ниже, чем у нефтепродуктов.

Эффективность многослойного теплоизолирующего покрытия характеризуется т олщиной нарастающего льда, которая определяется по формуле .

v-vlv

k t «v i fc.o/ L.,

V-л- A -h,: -;--- - n tl. yt cL , AТолщина наросшего льда без теплоизолирующего покрытия, м

0,26

CyiviMa среднесуточных температурПрименение теплоизолирующего покрытия из чередующихся слоев льда и сорбционного материала,смешанного с теплоизолирующей жидкостью,позволя ет значительно повысить эффективност предохранения водоемов от промерзания за счет устранения конвективного и . лучистого теплообмена, так как матери ал препятствует развитию конвекции, а слой нефтепродуктов тол1ииной более 2 мм практически не прозрачен. Помимо этого, применение тепло-. , изолирующих жидкостей с удельным весом больц.1им удельного веса льда, но меыьишм удельного-веса воды обеспечивает механическую прочность покрытия к сохранения теплоизолирующих

где h-| - толщина нарастающего.льда; h - толщина слоя температурного сопротивления; - слой ранее образовавшегося

льда; Лд - коэффициент теплопооводности льда;

температуры воды, при которых происходит ледообразование и окружающего воздуха Т - время-льдообразования; LY - скрытая теплота фазового

перехода;

d - коэффициент теплообмена между поверхностью и воздухом. i .- толщина слоя теплоизоляции; Л - коэффициент теплопроводное-.

ти изоляции.

Теоретические расчеты, выполненные без учета под;вода тепла от водной массы показали, что для образования 16 см чистого льда в условиях Арктики требуется 5 сут, в то время как для образования теплоизолирующего покрытия из 16 слоев (толщина .каждого слоя льда и соляра 1 см) - 38 сут при тех же значениях метеорологических параметров. Причем, за весь осенне-зимний период толщина льда в водоеме составля ет 2,8 м/ а толщина льда в водоеме, покрытом теплоизолирующей системой из 16 слоев льда и соляра - 1,3 м.

Эффективность теплоизолирующего покрытия лед-соляр проверялась в Арктике в осенний период. Покрытие состояло из трех, слоев соляра толщиной около 1 см каждый. Покритие было с ормировано за 24 дня. Результаты сведены в таблицу.

Число градуСОдней мороза

-311,3

0,15 свойств покрытия, так как при возможном термическом растрескивании ледяных прослоек обломки льда удерживаются выталкивающей силой на поверхности жидкости, предохраняя слои льда от обрушивания, что исключает проникновение холодного воздуха в многослойное покрытие. Такое покрытие легко создавать на больших площадях водных бассейнов с малыми материальными затратами, так как в качестве теплоизолирующих материалов могут быть использованы отходы горюче-сг1азочных материалов и отходы твердых теплоизолирующих веществ.

Такие покрытия значительно снижают трудозатраты при зачистке дражных котлованов ото льда и в несколько раз снижают глубину промерзания грунта в осенне-зимний период, что значительно продпевает сроки работ.

Предлагаемый способ может быть использован при работах, связанных с добычей полезных ископаемых со дна Арктических морей для предохранения рабочих участков акваторий от промерзания. При использовании предлагаемого способа толщина нарастающего льда под теплоизолирующим покрытием в 2-5 раз меньше, чем в ес тественных условиях..

Оценка энергозатрат на разрушение льда толщино°й 3 м (обычная толщина льда в Арктике) на площади 100.100 м показали, что при механических способах разрушения в зависимости от применяемых орудий необходимо затратить 6-10 - 12-10Дж, а при плавлении льда 9-10 Дж. Использование предлагаемого способа позволит снизить энергозатраты на разрушение

льда в 2-5 раз за счет предохранения . от промерзания.

Формула изобретения

Способ предохранения водоемов от промерзания путем создания многослойного теплоизолирующего покрытия, о тичающийся тем, что, с целью

повышения эффективности предохранений водоемов от промерзания, многослойное теплоизолирующее покрытие выполняется путем укладки слоя льда и сорбционного материала с низким коэффициентом теплопров9дности, смешанного с теплоизолирующей жидкостью, например нефтепродуктами, с последующим чередованием слоев.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №46475, кл. Е 02 В 15/02, 1935.

2.Авторское сридетельство СССР № 628219, кл. Е 02 В 15./02, 1977.

////////////////////

W/////////

// /f //f /// /// //f f// / // /// ////// // /// I

/ / А / / / Ху / / /у/У

/