![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
slava68ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
— совокупность свойств грунтов, характеризующих их реакцию на процессы теплообмена. Знание теплофизических свойств грунтов необходимо для определения глубины промерзания и оттаивания грунтов в естеств. условиях, расчетов чаши протаивания в основании тепловыделяющих сооружений, при расчетах процессов искусств, замораживания, для оценки интенсивности предпостроечного оттаивания, эффективности утепляющих засыпок и др. теплотехнич. расчетах. Основными количественными характеристиками теплофизических свойств грунтов являются: коэфф. теплопроводности X, объемная теплоемкость cv и коэфф. температуропроводности а. Эти характеристики связаны между собой соотношением и являются осн. параметрами, определяющими распределение темп-р, а также и тепловых потоков в грунте и его теплоаккумуляцпю. Протекание тепловых процессов в мерзлых грунтах зависит от фазового состава поровой влаги и скрытой теплоты ее кристаллизации (СГ=5г80 кал/г).
Теплопроводность грунта определяется его коэфф. теплопроводности % (ккал/м-час-град), численно равным величине удельного теплового потока в грунте при единичном градиенте темп-р. Теплопередача в грунте осуществляется за счет гл. обр. его кондуктивной теплопроводности, а также переноса влаги и излучения. Поэтому при рассмотрении тепловых процессов в грунте под коэфф. теплопроводности понимается нек-рая эффективная величина, учитывающая лучистую и конвективную составляющие и осредненная по достаточно большому по сравнению с размерами частиц объему. Доля конвективной и лучистой составляющих в обычных условиях не превышает нескольких процентов.
Величина теплопроводности грунтов изменяется в пределах от долей до 3—3,5 ккал/м-час-град и зависит в основном от их структуры п влажности. При уплотнении грунта она возрастает прямо пропорционально плотности. Зависимость теплопроводности грунта от его влажности более сложная и соответствует линейному закону лишь при малых увлажнениях. При прочих равных условиях крупнозернистые песчаные грунты более теплопроводны, чем пылеватые и глинистые. Теплопроводность мерзлых грунтов обычно на 20—30% больше, чем талых. Для разных грунтов это соотношение неодинаково и зависит от их начальной структуры, влажности и условий промерзания. При малой влажности возможно небольшое уменьшение теплопроводности после промерзания. В мерзлых грунтах часто наблюдается анизотропность тепловых свойств по отношению к направлению теплового потока, связанная с особенностями их текстуры.
Теплоемкость грунта — количество тепла, необходимое для повышения его темп-ры на 1°.
Для характеристики мерзлых грунтов часто пользуются понятием их эффективной теплоемкости съ ф, учитывающей тепловыделения фазовых превращений воды. Величина сэф зависит от темп-ры — вблизи 0° она во много раз больше истинной и с понижением темп-ры уменьшается до величины истинной теплоемкости мерзлого грунта. При всех изменениях темп-ры общий тепловой процесс определяется эффективным значением теплоемкости. Однако в практич. расчетах обычно выделяют теплоту, относящуюся к собственно теплоемкости грунта, и тепловыделения фазовых превращений воды, условно относя их к границе раздела талого и мерзлого грунта.
Температуропроводность грунта характеризуется коэфф. его температуропроводности а (м2/час), к-рый является мерой скорости прогрева грунта. Глубина проникновения в грунт суточных и сезонных колебаний темп-р прямо пропорциональна У а. Температуропроводность грунтов имеет величину порядка 0,5—ЪА0~3м2/час и зависит от их механич. состава, содержания глинистых частиц, влажности и плотности. Влажные глинистые грунты — трудно прогреваемые, песчаные и сухие — легко прогреваемые, «теплые». При прочих равных условиях температуропроводность мерзлых грунтов больше, чем талых.
Фазовый состав поровой влаги в мерзлых грунтах определяется соотношением в них воды и льда, величина к-рого зависит от темп-ры и состава грунта. Темп-рный интервал замерзания влаги в песках составляет доли градуса. В пылеватых супесях и суглинках фазовые превращения воды затухают при —5,—7°, а в глинах при —10° и ниже. Часть влаги не замерзает даже при весьма низких темп-pax. От фазового состава влаги зависят величина общего теплосодержания мерзлого грунта, его теплоемкость и теплопроводность. На практике для характеристики фазового состава влаги используются экспериментально получаемые кривые изменения содержания незамерзающей воды от тем п-р ы, к-рые рассматриваются как достаточно устойчивые характеристики мерзлых грунтов, практически не зависящие от их влажности и плотности.
Т. с. г. определяются по экспериментально устанавливаемому распределению темп-р и тепловых потоков в грунте. В соответствии с этим различают методы стационарного и нестационарного тепловых режимов. Методы, основанные на закономерностях стационарного теплового режима, позволяют определить лишь коэфф. теплопроводности как частное от деления измеренной величины теплового потока в грунте на градиент темп-ры в нем. Отдельные варианты этих методов отличаются применяемой аппаратурой и способами учета или компенсации утечек тепла. Недостатком их является большая длительность опытов. Нестационарные методы дают возможность комплексного определения всех теилофизич. характеристик и имеют много модификаций, различающихся способами задания, измерения и мате- матич. выражения характера темп-рного поля в грунте. Из нестационарных методов в практике лабораторных исследований теплофизических свойств грунтов большое распространение получили методы регулярного теплового режима, основанные на вычислении тепло- физич. характеристик грунта по скорости остывания или нагревания образцов правильной геометрич. формы на той стадии процесса, когда темп изменения темп-ры во всех точках образца становится практически постоянным. При определении Т. с. г. должны соблюдаться условия сохранения их начальной структуры и влажности. Этим условиям в наибольшей мере отвечают методы вычисления теплофизич. характеристик по анализу распределения темп-р в условиях естеств. залегания грунта и методы тепловых зондов, основанные на введении в исследуемый грунт различной формы нагревателей. В связи со сложностью экспериментальных определений Т. с. г. в инженерной практике широко применяется косвенный способ их оценки по обобщенным таблицам и графикам на основании заданных значений влажности и плотности.
Лит.: Чудновский А. Ф., Теплофизические характеристики дисперсных материалов, М., 1962; его же, Теплообмен в дисперсных средах, М., 1954; Основы геокриологии (мерзлотоведения), ч. 1, М., 1959. Д. И. Федорович.
Отсюда: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-4/256.htm
— совокупность свойств грунтов, характеризующих их реакцию на процессы теплообмена. Знание теплофизических свойств грунтов необходимо для определения глубины промерзания и оттаивания грунтов в естеств. условиях, расчетов чаши протаивания в основании тепловыделяющих сооружений, при расчетах процессов искусств, замораживания, для оценки интенсивности предпостроечного оттаивания, эффективности утепляющих засыпок и др. теплотехнич. расчетах. Основными количественными характеристиками теплофизических свойств грунтов являются: коэфф. теплопроводности X, объемная теплоемкость cv и коэфф. температуропроводности а. Эти характеристики связаны между собой соотношением и являются осн. параметрами, определяющими распределение темп-р, а также и тепловых потоков в грунте и его теплоаккумуляцпю. Протекание тепловых процессов в мерзлых грунтах зависит от фазового состава поровой влаги и скрытой теплоты ее кристаллизации (СГ=5г80 кал/г).
Теплопроводность грунта определяется его коэфф. теплопроводности % (ккал/м-час-град), численно равным величине удельного теплового потока в грунте при единичном градиенте темп-р. Теплопередача в грунте осуществляется за счет гл. обр. его кондуктивной теплопроводности, а также переноса влаги и излучения. Поэтому при рассмотрении тепловых процессов в грунте под коэфф. теплопроводности понимается нек-рая эффективная величина, учитывающая лучистую и конвективную составляющие и осредненная по достаточно большому по сравнению с размерами частиц объему. Доля конвективной и лучистой составляющих в обычных условиях не превышает нескольких процентов.
Величина теплопроводности грунтов изменяется в пределах от долей до 3—3,5 ккал/м-час-град и зависит в основном от их структуры п влажности. При уплотнении грунта она возрастает прямо пропорционально плотности. Зависимость теплопроводности грунта от его влажности более сложная и соответствует линейному закону лишь при малых увлажнениях. При прочих равных условиях крупнозернистые песчаные грунты более теплопроводны, чем пылеватые и глинистые. Теплопроводность мерзлых грунтов обычно на 20—30% больше, чем талых. Для разных грунтов это соотношение неодинаково и зависит от их начальной структуры, влажности и условий промерзания. При малой влажности возможно небольшое уменьшение теплопроводности после промерзания. В мерзлых грунтах часто наблюдается анизотропность тепловых свойств по отношению к направлению теплового потока, связанная с особенностями их текстуры.
Теплоемкость грунта — количество тепла, необходимое для повышения его темп-ры на 1°.
Для характеристики мерзлых грунтов часто пользуются понятием их эффективной теплоемкости съ ф, учитывающей тепловыделения фазовых превращений воды. Величина сэф зависит от темп-ры — вблизи 0° она во много раз больше истинной и с понижением темп-ры уменьшается до величины истинной теплоемкости мерзлого грунта. При всех изменениях темп-ры общий тепловой процесс определяется эффективным значением теплоемкости. Однако в практич. расчетах обычно выделяют теплоту, относящуюся к собственно теплоемкости грунта, и тепловыделения фазовых превращений воды, условно относя их к границе раздела талого и мерзлого грунта.
Температуропроводность грунта характеризуется коэфф. его температуропроводности а (м2/час), к-рый является мерой скорости прогрева грунта. Глубина проникновения в грунт суточных и сезонных колебаний темп-р прямо пропорциональна У а. Температуропроводность грунтов имеет величину порядка 0,5—ЪА0~3м2/час и зависит от их механич. состава, содержания глинистых частиц, влажности и плотности. Влажные глинистые грунты — трудно прогреваемые, песчаные и сухие — легко прогреваемые, «теплые». При прочих равных условиях температуропроводность мерзлых грунтов больше, чем талых.
Фазовый состав поровой влаги в мерзлых грунтах определяется соотношением в них воды и льда, величина к-рого зависит от темп-ры и состава грунта. Темп-рный интервал замерзания влаги в песках составляет доли градуса. В пылеватых супесях и суглинках фазовые превращения воды затухают при —5,—7°, а в глинах при —10° и ниже. Часть влаги не замерзает даже при весьма низких темп-pax. От фазового состава влаги зависят величина общего теплосодержания мерзлого грунта, его теплоемкость и теплопроводность. На практике для характеристики фазового состава влаги используются экспериментально получаемые кривые изменения содержания незамерзающей воды от тем п-р ы, к-рые рассматриваются как достаточно устойчивые характеристики мерзлых грунтов, практически не зависящие от их влажности и плотности.
Т. с. г. определяются по экспериментально устанавливаемому распределению темп-р и тепловых потоков в грунте. В соответствии с этим различают методы стационарного и нестационарного тепловых режимов. Методы, основанные на закономерностях стационарного теплового режима, позволяют определить лишь коэфф. теплопроводности как частное от деления измеренной величины теплового потока в грунте на градиент темп-ры в нем. Отдельные варианты этих методов отличаются применяемой аппаратурой и способами учета или компенсации утечек тепла. Недостатком их является большая длительность опытов. Нестационарные методы дают возможность комплексного определения всех теилофизич. характеристик и имеют много модификаций, различающихся способами задания, измерения и мате- матич. выражения характера темп-рного поля в грунте. Из нестационарных методов в практике лабораторных исследований теплофизических свойств грунтов большое распространение получили методы регулярного теплового режима, основанные на вычислении тепло- физич. характеристик грунта по скорости остывания или нагревания образцов правильной геометрич. формы на той стадии процесса, когда темп изменения темп-ры во всех точках образца становится практически постоянным. При определении Т. с. г. должны соблюдаться условия сохранения их начальной структуры и влажности. Этим условиям в наибольшей мере отвечают методы вычисления теплофизич. характеристик по анализу распределения темп-р в условиях естеств. залегания грунта и методы тепловых зондов, основанные на введении в исследуемый грунт различной формы нагревателей. В связи со сложностью экспериментальных определений Т. с. г. в инженерной практике широко применяется косвенный способ их оценки по обобщенным таблицам и графикам на основании заданных значений влажности и плотности.
Лит.: Чудновский А. Ф., Теплофизические характеристики дисперсных материалов, М., 1962; его же, Теплообмен в дисперсных средах, М., 1954; Основы геокриологии (мерзлотоведения), ч. 1, М., 1959. Д. И. Федорович.
Отсюда: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-4/256.htm