Редакционная коллегия


ПЛЕНОЧНОЕ АДИАБАТИЧЕСКОЕ НАМОРАЖИВАНИЕ ВОДЫ



страница27/69
Дата09.05.2018
Размер5.92 Mb.
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   69

ПЛЕНОЧНОЕ АДИАБАТИЧЕСКОЕ НАМОРАЖИВАНИЕ ВОДЫ

ПРИ ОРОШЕНИИ ГРАНУЛЯТА ЛЬДА




Мирошников П.В.,


Полтавцев В.И., доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Рагулин В.В., кандидат физико-математических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»



Аннотация. В статье затронуты актуальные вопросы экологической безопасности и транспортных коммуникаций в Сибири. Обосновывается необходимость и перспективность возведения речных ледовых переправ, совершенствования технологии и сокращения сроков их строительства. Отражены результаты экспериментальных исследований и математических расчетов объема воды первого орошения круглого ледяного гранулята при двухэтапной его заливке, толщины и площади пленочной наморозки каркасобразования. Приведены иллюстрации.
Использование природного холода на территории России – одно из направлений совершенствования экологически безопасных способов хранения и сокращения сроков транспортировки скоропортящейся сельскохозяйственной продукции. Решению этой проблемы, в частности, способствуют применение блочной технологии сооружения изотермических ледяных камер, льдохоло-дильников, контейнеров и хранилищ – в теплое время года и ускоренного замораживания ледовых покрытий речных и озерных переправ – в холодное, тем самым сокращая, в условиях российского бездорожья, расстояния и время транспортировки продукции.

В настоящее время это весьма актуально в Сибири и севернее Транссиба. Согласно данным облстата Кемеровской области [4], нагрузка на речную ледовую переправу в г. Юрга (рис. 1), где ежегодно возводится речная перепра-ва грузоподъемностью 5 т, составляет до 900 машин в сутки. Использование автотранспортом переправы в г. Юрга, вместо объездных дорог через капитальные мосты в г. Кемерово, дает сокращение пути в 210 км по трассе между городами Мариинск-Новосибирск. Переправа эксплуатируется 4 месяца. Это 120 суток. Нетрудно подсчитать суммарный километраж: 210х900х120=22 миллиона 680 тысяч км на все автомобили, включая больше-грузные, процент которых немалый (учитывая специфику Кузнецкого края). А экономия в пробеге тесно связана с экологией – экологические последствия и оздоровление региона, в конечном счете, значимее технических достижений.

Кроме того, строительство коммунального моста через реку Томь в
г. Кемерово обошлось казне приблизительно в тысячу раз дороже, чем возведение ледовой переправы в 2007 году в соседнем г. Юрга (при одинаковой ширине реки).

Наконец, г. Кемерово – крупный индустриальный центр, без проблем с материалами, техникой, подъездными путями и т.д., в то время как для многих российских населенных пунктов, в условиях бездорожья, речные переправы и зимники – чуть ли не единственный способ транспортных коммуникаций.

Ежегодно только в России возводятся тысячи километров ледовых речных переправ и зимников. К сожалению, время их строительства (1-2 месяца) существенно сокращает сроки эксплуатации.
clip_image002.jpg
Рисунок 1 – Фото речной переправы грузоподъемностью 5 тонн
в Юргинском районе. Январь 2014 г.

Упрочнение переправы досками, бревнами и ветками деревьев обходится дорого и ведет весно во время ледохода к засорению реки.

Традиционное дождевание (рис. 2) занимает много времени для наращи-вания необходимой толщины слоя, применение установок типа «Град» дает неравномерность его консистенции. Послойное наращивание льда с использо-ванием ледяного щебня, замораживаемого с водой, приводит к ускорению замерзания слоя, но воздушные пузыри и полости между гранями кусков льда снижают прочность получаемого покрытия.

Применение композита из сферического гранулята льда, заморажива-емого в два этапа [5], устраняет этот недостаток: замораживание слоя происхо-дит в 4 раза быстрее воды [3], а его прочность в 1,32 – 1,45 раза выше [6].



c:\documents and settings\1\рабочий стол\20061223105049_photoblog_river_belaya.jpg
Рисунок 2 – Дождевание (фото)
Проведенные авторами экспериментальные исследования по замораживанию слоев (блоков) ледяного гранулята с водой, позволили предложить способ двухэтапной заливки гранулята [5] и оценить средние значения толщины и площади поверхности пленочного покрытия от адиабатического намораживания за счет холода ледяных гранул и площади пленочного покрытия на первом этапе орошения с образованием прочного каркаса из сцепленных гранул до подложки (ледяного основания, имитирующего лед реки, озера, катка и т.д.). Вторая (основная) заливка заполняет полости в каркасе.

Объем воды первого этапа орошения определен авторами экспериментально и расчетами на основе разработанной математической модели теплообменного процесса [2] и составляет в среднем 8-9 % от объема замораживаемого слоя, при температуре воздуха -18...-240 С и толщине слоя 100 мм, соответствующей практике наращивания ледовых покрытий (50 или 100 мм) [1]. Время вертикальногои движения воды первого орошения гранулята с насыпной плотностью составило около одной секунды. Остановка движения воды происходит в результате адиабатического фазового перехода вода-лед гранул с достижением фронтом воды подложки. Это условие – критерий оптимальности экспериментального определения оптимального объема воды орошения: если воды недостаточно, то сцепившихся гранул мало и каркас непрочен, если избыточно, то плотная структура гранулята нарушается, он всплывает, и слой долго не замерзает.

Действительная картина движения воды в слое гранул осложнена явлениями, связанными со сложным рельефом: на каждой грануле вода меняет свою скорость от минимальной до максимальной и обратно, в соответствии с профилем окружности боковых поверхностей гранул. Кроме того, на контактах гранул образуются перемычки в результате действия капиллярных сил, оставшаяся вода стохастически стекает по поверхностям нижележащих гранул, повторяя процессы образования перемычек.

Объемы воды в перемычках слоя гранулята и в адиабатических следах (пленочных покрытиях) в сумме является оптимальным объемом первого этапа заливки (орошения) – для создания прочного каркаса.

Объем перемычек легко определяется в первом приближении расчетом с использованием геометрических формул для цилиндра и двух шаровых сегментов (вычитанием) по измеренным диаметрам перемычек и шаров (для круглых гранул).

Средняя толщина пленочного покрытия-наморозки в межгранульных пустотах-полостях рассчитана делением оптимального объема орошения одиночного столбика из шаров, за вычетом объема перемычек на среднее значение доли смоченной площади боковой поверхности столбика (визуально), с использованием формулы площади сферы (рис. 3).



e:\фото\фото эксперим. 02.2011\мирошников столбики\p2190021.jpg
Рисунок 3 – Фото столбика с пленочной наморозкой

(подкрашенной черной тушью водой)


Согласно проведенным расчетам, в условиях повторяющегося эксперимента, получено значение толщины пленки – наморозки льда от 0,08 до 0,12 мм, или приблизительно около ста микрон.

Средняя площадь пленочного покрытия гранулята, при оптимальном объеме орошения для каркасообразования, составила 13...17% площади поверхности гранулята.


Список использованной литературы

  1. ОДН 218.010-98. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации ледовых переправ [Электрон. ресурс]. – Введен 1998-10-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб, 2008.

  2. Мирошников, П.В. Стабилизация каркаса в слое ледяных гранул / П.В. Мирошников, В.В. Рагулин, В.И. Полтавцев // Вестник КемГУ, вып. № 4 (52) Т.1, 2012. – Кемерово, изд-во КемГУ, 2012. – С. 271-274.

  3. Мирошников, П.В. Замороженный композит для ледовых переправ/ П.В. Мирошников, В.В. Рагулин, В.И. Полтавцев // Сельский механизатор. – 2010. – №3. – С. 26-27.

  4. Сообщения ГУ МЧС по Кемеровской обл. – ООО «Объявления», 2014.

  5. Заявка на патент «Способ намораживания ледовых покрытий»,
    № 2013137093 от 06.08.13 г.

  6. Мирошников, П.В. Статическая прочность композита ледового покрытия / П.В. Мирошников, А.А. Храпов, В.В. Рагулин, В.И. Полтавцев // Вестник Кемеровского государственного сельскохозяйственного института. – Кемерово: ИИО Кемеровского ГСХИ, 2011.– №4. – С. 148-150.

УДК 631. 452





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   69


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница