联系我们

苏州爱尔玛特环保节能科技有限公司
手机：0512-53371508
电话：0512-53371508
联系人：13776178696
邮箱：aiermat01@126.com
地址：太仓市城厢镇常胜北路33号10幢

3.8.1应用背景

日期：2022-01-07 09:11:17点击：321

3.8.1应用背景
我国有着广阔的永久冻土区域和季节冻土区域。永久冻土区，又称多年冻土区，占我国国土面积的21.5%,而季节冻土区分布更为广泛，占国土面积的53.5%。青藏铁路经过的青藏高原，绝大部分为永久冻土区。冻土温度一般在0~2℃之间，有的地段土层中含有冰。在永久冻土区或季节冻土区的表层随着大气温度的变化，处于暖季融化,寒季冻结的状态，故又称融冻层或季节活动层。
为了加强青藏铁路的基础土层，应用热管是一种有效的和有竞争力的技术方案，因而受到极大的重视。其工作原理是:将热管的蒸发段深深地插入路基两侧的土层中，而带翅片的热管凝结段则暴露于空气中，在寒季，当空气温度低于土壤温度时，热管蒸发段吸收周围土壤中的热量,通过管内介质的相变传热将热量传至热管上部的凝结段，最后由凝结段的外表面传给周围的空气。由于长时间的传热，热管周围的土壤温度逐渐下降,并达到某一低温水平，使周围的土层冻结得更硬实，从而强化了土壤基础；此外，在一年的暖季中，当空气温度髙于冻土中的土壤温度时，热管将自动地停止运行，这时，热管上部空气中的热量将不会自动地通过相变传热传给热管下部的土壤，从而使土壤在寒季储藏的冷量及达到的低温效果得以保存。
由此可见，在冻土地带应用的热管是土壤和大气之间的传热元件，它巧妙地利用土壤和大气之间的温差将土壤中的热量传给大气，或者也可以说,将大气在寒季中的冷量储存在土壤中。因为这种传热过程或储冷过程并不需要外加的能源，因而这一热管的应用方案是节能而环保的，所以受到广泛的欢迎和重视，该项技术最早的成功应用实例是在20

世纪70-80年代美国阿拉斯加输油管线基础上的应用，如图3.8. 1所示。在我国已应用于青藏铁路的某些地段中，如图3.8.2所示。此外，在冻土地带的公路、桥梁、电塔等工程中，都有广泛的应用前景

图3. 8. 1阿拉斯加输油管线上的冻土热管图3. 8.2青藏铁路上的冻土热管

在冻土地带应用的热管都是碳钢/氨热管，即管内介质为氨(

)，管壳材料是碳钢, 因为在这一温度范围内氨是最理想的低温介质，而碳钢与氨是化学相容的，可以保证热管的工作寿命。氨在冻土地带的低温条件下有较高而适宜的工作压力，

的饱和温度和饱和压力的对应关系特别适宜在-40 ~ +40℃范围内工作

而其他相近的介质，如甲醇，丙酮等在0℃以下处于高真空状态，这对热管的运行极其不利。此外，氨的汽化潜热等物性值都很优越，所以，氨是冻土热管的首选介质。氨/钢热管的制造和应用需要解决的技术难题是：
(1) 氨介质纯度的保证,要求纯度大于99. 9% ；
(2) 钢管内部防腐处理(可利用现有的碳钢/水热管的处理工艺)；
(3) 热管的真空制备:抽空或排气法的优选及施实；
(4) 工质的灌注和工质量的控制；
(5) 热管制造质量和传热性能的判定；
(6) 热管的外部防腐工艺及方法；
(7) 热管的现场安装及现场性能标定；
(8) 热管的结构设计。
青藏铁路应用的热管，在现场试验中所选用的热管尺寸为:管径为

或

, 热管长为12 m,其中埋深8 m；在工程应用中实际采用的热管元件尺寸为

,总长 7 m,埋深5 m,在2 m的凝结段中，翅片部分长度为1.4 m。在阿拉斯加输油管线上应用的是直径为50 mm的热管，两支热管并列在一起插入装满了土壤的外部套管中，再将该套管深深地埋入输油管附近的冻土层，将套管成对地布置在输油管线的两侧，在强化冻土层的同时，还起到对输油管的支撑作用，
为了掌握热管埋设之后的传热效果或储冷效果，即为了了解热管周围的土壤温度随

时间和地点的变化规律,一般有两种研究方法，一是实验法,尤其是现场试验法，即在热管周围土壤的不同地点，预先埋设若干个测温井.用以测量在不同时刻，不同地点处的土壤温度;第二个方法是数值模拟法，即通过数值计算来确定任何时刻，任意地点的连续的土壤温度场。本节将重点介绍数值模拟法，提出了物理模型和控制方程，在分析各项传热热阻的基础上，推导出与大气气温相关联的边界条件，计算出了土壤温度场的典型的变化规律，并对翅片管段的传热特点进行了分析和计算。

上一篇：3. GG3系列说明及举例

下一篇：3.8.2数值模拟和分析