Совершенствование метода расчета оледенения водовода надземной прокладки при перерывах в подаче воды Юдин, Михаил Юрьевич

Введение к работе

Актуальность„теыы. Более двух третей территории России находится в Северной строительно-климатической зоне. В районах Крайнего Севера в настоящее время проживает около 11 млн. человек. Большинство городов и поселков Севера имеют, централизованные системы водоснабжения.

Водоводы относятся к сооружениям, определяющим надежность работы системы водоснабжения в целом. Неизбежные на практике вынужденные перерывы в подаче воды при эксплуатации водоводов надземной прокладки, получившей на Севера преимущественное распространение, в условиях.-отрицательных температур окружающего воздуха нередко перерастают в тяжелые по своим последствиям аварии, при которых происходит их полное промерзание. Наряду с совершенствованием способов защиты водоводов от замерзания, кото- ^ рым на протяжении десятилетий уделяется существенное внимание, необходимо совершенствовать и методы расчета оледенения, ,. возникающего при перерывах в подача воды. Оледенение в водоводе со сплошной цилиндрической теплоизоляцией развивается весьма медленно, однако тасая идвализироваякая модель не.учитывает наличия на нем ряда устройств,. іпленскфицирущих теплоотдачу. Многообразие подобных устройств- и существенное.усложнение процесса оледенения в нестач их-установки не позволило исчерпывающим образом учесть их интенсифицирующее влияние вметодах, применяемых'-для> расчета оледенения_k возникавэдго п водоводе: при' перерывах в подаче воды. Это з 'полной мере относится к\ опоркам' конструкциям водоводов - наиболее раетростракзиксну на-прготккэ, it .вместе с тем, слабо изученному источнику интенсификации теплоотдачи подо-

водов при надземном способе прокладки.

Опыт применения надземной прокладки водоводов, обобщенный при обследовании систем водоскаеления на трассе БАМ, показывает, что недостаточная изученность вопросов прогнозирования оледенения при перерывах в подаче воды является важным фактором понижения их надежности и повдаення еаграт на их эксплуатацию. Поэтому совершенствование метода расчета оледенения водоводов надземной прокладки при перерывах в подаче воды путем исследования интенсифицирующего воздействия опорных конструкций, как устройств с развитой поверхностью теплоотдачи, является актуальной научно- технической задачей. -.'

Делая..лзапсЯ|-Рз5ога является разработка методики расчета оледенения водовода иадзоШюГі прокладки при перерывах в подаче по нэиу воды с учетом . котекс:^:едзую;его воздействия опорных 'конструкций.

Для дооюажш постаашзішоЗ цгхи в процгесо работ решались слздугодлэ еадачп:

1. Разработка кэгодиа: а кроз-Едоша Ешперхикталькцх исследований іштеиоіаіїїщ.'руїДгго гоаде&зттаз распроотраішнішх ка практико типоп опорных койструкціій 1S3 олэде-пенио водовода при перерывах ё подаче воду.

2. Построение математической модели процесса оледенения водовода в месте установки опорной конструкции и выбор метода численного решения, в иаибоаьЕзй степени отвэчаоцего особенностям данной іюдели.

3. Выполнений численных исследованю"! процесса оледенения водовода о учетом интеясифицирукцэго воздействия опорной коис-

трукции и сопоставление результатов численного моделирования с результатами физического моделирования.

4. Разработка методики расчета минимальной допустимой температуры воды в водоводе, обеспечивающей предотвращение его промерзания во время возможных перерывов в ее подаче.

Б. Определение технике-экономической эффективности мер по ослаблению интенсифицирующего воздействия опорных конструкций на процесс оледенения водовода путем их утепления синтетическими напыляемыми теплоизоляционными материалами, применимыми непосредственно на"действующих водоводах.

{іетодика_иссдедова.чнЯ основывалась на проведении дробных факторных экспериментов. Для опор с продольными опорными стойлами применен численный метод исследования на основе использования вариационногв подхода к построения конечно-разностных схем для уравнения теплопроводности на нерегулярных криволинейных координатных сетках.

Научная пошана. Выявлены факторы, вызывающие интенсификацию оледенения водоводов при перерывах в подаче воды, в местах наличия опорных конструкций наиболее распространенных на практике типов и получены уравнения регрессии, позволяющие количественно оцепить степень их интенсифицирующего воздействия. Разработана математическая модель процесса оледенения водовода в месте установки опоры с продольными опорными стойками, происходящего в.составном теле сложной геометрической Форш'-и показана эффективность' численного репзтга данной.задачи о использованием разностных схем, построенных на основе применения вариационного подхода и криволинейной коордгаїатной сетки в двумерной постаяов-

ке. .-

Праіт«8ская_дштость_вабатц. Разработанный метод позволяет рассчнтьгаать степень оледенения в водоводе надземной прокладки с учетом интенсифицирующего воздействия опорных конструкций наиболее распространенных на практике типов, назначать минимальную температуру воды, обеспечивающую предотвращение промерзания водовода во время возможных перерывов в ее подаче. Установлена технико-экономическая эффективность утепления опорных конструкций водоводов в условиях эксплуатации напыляемым вспененным полиуретаном.

Геапшщкя_ра&гш. Метод расчета оледенения водовода с учетом іштенсифицнруїкдего влияния опорных конструкций и разработанная на его основе иетодкка выбора минимальной теыпергиуры воды реализованы в программе для IBM РХ/ХТ - AT совместимых ЭВМ. Программа апробирована путем расчета реальных водоводов, расположенных в Северной строіяіеаьно-климатической зоне, внедрение цер по ослаблениз интенсифшпфувдего воздействия опорных 'конструкций путей их качественного утепления осуществлено на Восточной участке БАМ к.д. ^г

Апройпвзв.-раСсдц. Основные результаты работы докладывались н обсуждались- ка научно-техническом семинаре по проблемам надежности систем водоснабжения ЗДНТД (Москва, 1S89);. на 37-й научно-технической конференции ХабИИЕГа (Хабаровск, 1991); 50-й научной конференции (ЗШСЇЇ (С.-Петербург, 1993). Пубдяауи. По теые опублзікОваио 7 работ и получено авторское свидетельство.

Объсм_и__струптура_рзботи. диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка дитегатуры (115 наименований) и 2 приложений. Наложена на 120 страницах, содержит 25 рисунков и 21 таблицу.