交通部西部交通建设科技项目(2009318822047)
- 作品数：13 被引量：171H指数：8
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- 寒区隧道地源热泵型供热系统运行能效分析被引量：5
- 2015年
- 地源热泵型供热系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成,可用于隧道洞口段衬砌和保温水沟加热,解决寒区隧道冻害问题。文章以内蒙古博牙高速扎敦河隧道为例,开展了地源热泵型供热系统运行能效监测。研究结果表明:(1)隧道洞口所需的供热负荷变化较大,而隧道洞内取热负荷变化较小;(2)热泵机组控制温度越高,开机次数越多,开机运行时间也越长;(3)热泵机组的控制温度越高,机组运行的能效比越高;(4)一般情况下,夜间热泵机组的能效比会高于白天热泵机组的能效比,而隧道洞口加热段气温越低,热泵机组的能效比也会相应升高。
- 张玉强杨勇夏才初刘志方
- 关键词：寒区隧道能效比
- 隧道地源热泵供热系统加热段隔热层厚度及热负荷计算被引量：12
- 2012年
- 为解决寒区隧道冻害问题,首次将地源热泵供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中。系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成。加热段位于隧道洞口处,由位于二衬和保温隔热层之间的供热管对隧道进行加热。将复杂的隧道加热段热传导问题转化为便于求解的圆形复合介质热传导问题,利用有限积分变换法获得其温度场解析解。利用考虑隔热层材料造价和耗能的经济计算模型,计算分析隧道全寿命周期30 a的隔热层厚度和供热负荷。计算结果表明:随着隔热层厚度的增加,隔热层材料费呈线性增加,供热消耗的电费呈递减趋势,材料费与电费之和呈递减趋势。建议林场隧道保温隔热层厚度取8 cm,年供热负荷取580 MJ/m2。
- 张国柱夏才初孙猛邹一川刘婷
- 关键词：隧道工程供热负荷
- 隧道内地源热泵热交换管布置优化与施工技术被引量：6
- 2013年
- 寒区隧道地源热泵型防冻保暖系统由取热段、热泵和加热段三个部分组成。在Adam研究能源土工布热交换器中热交换管布置形式的基础上,考虑了寒区隧道热交换管的抗冻性,对热交换管布置形式进行了优化评估分析,得出串联横向布置形式是寒区隧道热交换管的最佳布置形式。对热交换管的布置位置进行了优化分析,包括轴向和环向两方面,得出热交换管的轴向最佳布置位置为每板二衬内,不宜跨板布置,环向最佳布置位置为高于环向预埋件。系统首次应用于内蒙古林场隧道,结合试验段开展进行了热交换管的施工关键技术、施工质量控制和施工后期保护的研究,为林场隧道顺利实施提供理论依据和技术支持,并为今后类似工程的施工提供宝贵的经验。
- 杨勇夏才初张国柱寿辰
- 关键词：寒区隧道地源热泵施工技术
- 考虑衬砌和隔热层的寒区隧道温度场解析解被引量：72
- 2010年
- 将隧道非齐次的瞬态传热分解为周期函数边界下的瞬态传热和恒温边界下的稳态传热,利用分离变量与Laplace变换相结合的方法,求解有保温隔热层的寒区隧道瞬态温度场的显式解析解。根据能量守恒,建立隧道洞内气体的气–固耦合传热模型,并获得洞内气体年平均温度和温度振幅的显式解析解。衬砌温度影响因素分析表明,随着隧道埋深和年平均气温的增加,二衬内、外两侧的温度呈线性增加,当年平均气温低于0℃,季冻区隧道埋深小于80m时,5cm厚隔热层很难单独满足防寒需求,应与主动供暖措施联合;随着隔热层厚度的增加,二衬的温度呈增长趋势,但增长速率却逐渐减小;当隔热层厚度超过5cm时,通过增加隔热层厚度来提高衬砌温度要考虑其经济性。依据隧址区的气候及地形条件,采用工程类比和解析解相结合的方法分段计算隔热层厚度。与实测值对比结果表明,理论解满足工程精度要求。
- 夏才初张国柱肖素光
- 关键词：隧道工程寒区隧道温度场解析解
- 寒区隧道轴向及径向温度分布理论解被引量：46
- 2010年
- 考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件,建立寒区圆形隧道传热模型,利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开定理,得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解.利用能量守恒法及经验公式法求得寒区隧道洞内气体年平均气温及年温度振幅沿隧道轴向随时间变化的解析表达式,并得出年平均温度在隧道轴线方向呈指数增长,而年温度振幅呈负指数增长.将隧道围岩轴向和径向温度场理论计算结果与实测值进行比较,两者吻合得非常好.在确定洞口外气温分布规律、风速及围岩的热物性参数后,通过围岩轴向及径向温度场理论解便可计算隧道洞内及围岩温度分布规律,并确定寒区隧道防寒保暖段的设防长度.同时,该解析法可用于验证其他数值方法的计算结果,也便于工程设计人员和施工人员对同类寒区隧道温度场的计算,因而具有一定的工程应用价值.
- 张国柱夏才初殷卓
- 关键词：寒区隧道非齐次解析解
- 寒区隧道地源热泵型供热系统岩土热响应试验被引量：36
- 2012年
- 为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中。通过开展寒区隧道地源热泵供热系统岩土热响应试验,研究热交换管管内循环介质的入口温度、流量和管间距对换热量的影响以及热交换对隧道围岩和衬砌温度场的影响。试验结果表明:管内循环介质的流量一定时,换热量随着入口温度的增加而呈线性增加;管内循环介质的入口温度一定时,换热量随着流量的增加而呈指数增加。增加流量可以提高热交换管内循环介质的换热能力,但却增加管内循环介质与管壁之间的阻力,建议热交换管管内循环介质流量不宜超过0.75 m3/h。热交换管间距为100和50 cm时,围岩温度场的影响深度分别约为75和100 cm。热交换管间距越小,围岩温度场的影响范围则越大,温度增量也越大。
- 张国柱夏才初马绪光李攀魏强
- 关键词：隧道工程寒区隧道地源热泵
- 隧道内地源热泵热交换管与隧道结构相互影响被引量：10
- 2014年
- 为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速扎敦河隧道中.系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成,可用于隧道洞口段衬砌和保温水沟加热.热交换管以串联纵向的布置形式埋设在初衬和二衬之间.通过计算含热交换管承载截面面积和惯性矩的减小率,分析得到热交换管对隧道衬砌承载力的影响较小,可以忽略.隧道结构内包括锚杆、防水板和钢拱架,通过建立单因素对比计算模型,分析各构件对热交换管换热量的影响,研究表明:①锚杆对热交换管换热量产生的影响不明显,最大仅为2.3%;②运行前期,应充分考虑防水板对热交换管换热量的不利影响,但长期运行后,可忽略防水板的不利影响;③运行前期,钢拱架对热交换管换热量有显著的提升,但长期运行后,该影响趋于不明显.
- 夏才初杨勇张国柱邹一川
- 关键词：寒区隧道地源热泵
- 隧道地源热泵热交换管换热引起的温度应力研究被引量：4
- 2014年
- 为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速扎敦河隧道研究中。系统由取热段、加热段、热泵和分集水管路组成,可用于隧道洞口段衬砌和保温水沟加热。热交换管以串联纵向的布置形式埋设在初衬与二衬之间。系统运行时,热交换管换热引起周围衬砌温度场的变化,从而在衬砌内产生温度应力。根据扎敦河隧道实际大小,建立有限元分析模型,计算得到热交换管换热引起的温度和应力。研究结果表明:系统运行后,管周混凝土有明显的温度集中和应力集中,但影响范围小;运行期间,混凝土温度呈指数形式减小,并有一定的波动范围;温度应力以拉应力为主,并且径向温度应力小于环向温度应力;运行期间,径向温度应力变化率较小,而环向温度应力变化率较大,但长期运行后,环向温度应力趋于稳定。
- 杨勇夏才初朱建龙
- 关键词：寒区隧道地源热泵温度应力
- 高寒地区隧道围岩及洞内气体温度分布规律研究被引量：6
- 2012年
- 文章依托内蒙古自治区绥满国道主干线博牙高速林场隧道工程,通过设置温度监测断面,对隧道洞内气温及不同部位、不同深度的围岩温度进行了监测分析。结果表明:(1)隧道洞内气温随时间呈三角函数变化;(2)离隧道洞口越远,洞内气温年平均值越高,年温度振幅越小;(3)隧道拱脚处的温度低于边墙、拱腰和拱顶的温度,在隧道未贯通时,拱脚与拱顶最大温差可达3℃。
- 邹一川夏才初张国柱
- 关键词：高寒地区隧道温度场
- 衬砌水化热对隧道内热交换管换热量的影响被引量：2
- 2015年
- 为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速扎敦河隧道中。将热交换管以串联纵向的布置形式埋设在初衬与二衬之间,隧道衬砌施工过程中的水化热影响围岩的温度场,从而影响热交换管的换热量。研究表明:隧道施工过程中,衬砌水化热对围岩温度场产生两次影响;保温层可以加剧水化热的影响,浅部围岩温度场受到的影响更显著;衬砌水化热提升热交换管的换热量,保温层铺设越早,热交换管换热量提升也越大,最大达到31.9%。系统运行初期,应充分利用衬砌水化热对热交换管换热产生的有利影响。
- 张玉强杨勇夏才初刘志方
- 关键词：隧道工程地源热泵水化热换热量
