Solución matemática del campo de temperatura en un cilindro de suelo congelado no hueco formado por un diseño anular de tuberías de congelación
Autores: Hong, Zequn; Shi, Rongjian; Yue, Fengtian; Yang, Jiaguang; Wu, Yuanhao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Solución matemática del campo de temperatura en un cilindro de suelo congelado no hueco formado por un diseño anular de tuberías de congelación
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Amplia aplicación
Método de congelación artificial del suelo
Distribución de temperatura
Suelo congelado
Solución analítica
Tuberías de congelación.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
Con la amplia aplicación del método artificial de congelación del suelo en la ingeniería subterránea municipal, a menudo se adopta el diseño anular de tuberías de congelación para formar un cilindro de suelo congelado. Sin embargo, todavía no existe una solución analítica que pueda calcular la distribución de temperatura del suelo congelado formado en este caso. En este documento, se establece un modelo matemático de un campo de temperatura en estado estacionario de congelación de un solo círculo, en el cual el interior del anillo congelado está completamente congelado; es decir, la temperatura de todas las secciones de excavación está por debajo del punto de congelación. Luego, se deduce la solución analítica de la distribución de temperatura a través del método de variable compleja y el método de superposición de potenciales. Los resultados de comparación de la solución analítica con los de la simulación numérica muestran que la solución analítica es lo suficientemente precisa. La distribución de temperatura de la sección principal y la intersección es aproximadamente la misma en el lado interno, pero el efecto de congelación de la sección principal es relativamente mejor cerca de las tuberías de congelación y fuera del anillo congelado. Además, de acuerdo con la solución analítica derivada y los parámetros comunes de congelación, se propone una fórmula simplificada para calcular el campo de temperatura con suficiente precisión y el error puede controlarse por debajo del 1%. Finalmente, basándose en la fórmula simplificada, en este documento también se presenta un método de cálculo para el espesor del suelo congelado y la temperatura promedio.
Descripción
Con la amplia aplicación del método artificial de congelación del suelo en la ingeniería subterránea municipal, a menudo se adopta el diseño anular de tuberías de congelación para formar un cilindro de suelo congelado. Sin embargo, todavía no existe una solución analítica que pueda calcular la distribución de temperatura del suelo congelado formado en este caso. En este documento, se establece un modelo matemático de un campo de temperatura en estado estacionario de congelación de un solo círculo, en el cual el interior del anillo congelado está completamente congelado; es decir, la temperatura de todas las secciones de excavación está por debajo del punto de congelación. Luego, se deduce la solución analítica de la distribución de temperatura a través del método de variable compleja y el método de superposición de potenciales. Los resultados de comparación de la solución analítica con los de la simulación numérica muestran que la solución analítica es lo suficientemente precisa. La distribución de temperatura de la sección principal y la intersección es aproximadamente la misma en el lado interno, pero el efecto de congelación de la sección principal es relativamente mejor cerca de las tuberías de congelación y fuera del anillo congelado. Además, de acuerdo con la solución analítica derivada y los parámetros comunes de congelación, se propone una fórmula simplificada para calcular el campo de temperatura con suficiente precisión y el error puede controlarse por debajo del 1%. Finalmente, basándose en la fórmula simplificada, en este documento también se presenta un método de cálculo para el espesor del suelo congelado y la temperatura promedio.