АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕПЛООТДАЧИ МЕЖДУ ХЛАДОНОСИТЕЛЕМ В ЗАМОРАЖИВАЮЩЕЙ КОЛОНКЕ И ОКРУЖАЮЩИМИ ПОРОДАМИ

Abstract

Ссылка для цитирования: Семин М.А., Головатый И.И., Бородавкин Д.А. Анализ методов расчета теплоотдачи между хладоносителем в замораживающей колонке и окружающими породами // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 3. – С. 154-163. Актуальность исследования обусловлена высокой востребованностью способа искусственного замораживания горных пород при проходке вертикальных шахтных стволов. Анализ методов расчета теплоотдачи от породного массива к рассолу в замораживающих колонках позволит определить пути дальнейшего совершенствования методик расчета теплоотдачи. Результаты исследований окажутся востребованы при проектировании ледопородных ограждений шахтных стволов. Цель: выполнить анализ существующих методов расчета теплоотдачи между хладоносителем в замораживающей колонке и окружающими породами, определить основные пути дальнейшего совершенствования методов расчета теплоотдачи в условиях коаксиальных замораживающих колонок. Объекты: система «рассол – замораживающая колонка – замораживаемый породный массив». Методы: сравнительный анализ существующих методов расчета теплоотдачи, численное моделирование в программном комплексе Ansys Fluent. Результаты. Проведен сравнительный анализ существующих подходов и методов расчета коэффициента теплоотдачи через стенку замораживающей колонки между движущимся по ней рассолом (хладоносителем) и замораживаемым породным массивом. Описаны причины рассогласования результатов при использовании различных методов расчета теплоотдачи. Проведен сравнительный анализ коэффициентов теплоотдачи, полученных по различным методам расчета, а также в результате численного трехмерного моделирования течения рассола. Показаны недостатки существующих методов расчета теплоотдачи и определены основные пути дальнейшего совершенствования методов расчета теплоотдачи в условиях коаксиальных замораживающих колонок: учет теплообмена между прямым и обратным потоками рассола в замораживающий колонках, анализ влияния неустановившихся полей скорости и температуры в обратном потоке рассола на начальном участке замораживающей колонки (вблизи башмака колонки), анализ чувствительности величины коэффициента теплоотдачи к отклонению от соосности питающей и замораживающих труб.