книги из ГПНТБ / Комягин Л.Ф. Бесшатровые неотапливаемые водонапорные сооружения научно-техническое сообщение

чьда («ледяное сало»), которая все время разрушается при ко­ лебании уровня воды в баке, за исключением некоторых мест (вокруг сливной трубы, лестниц и пр.), где могут образовы­ ваться отдельные наледи.

Таким образом, в процессе охлаждения воды внутри водо­ напорного сооружения, наблюдаются две стадии:

I стадия длительностью тох час., в течение которой ох-

. таждение воды происходит без льдообразования;

II стадия длительностью тл час., в течение которой одно­ временно происходят дальнейшее охлаждение воды и образо­ вание льда на стенках, днище и частично на свободной поверх­ ности воды в баке, т. е. происходит изменение агрегатного со­ стояния некоторого объема воды.

Общая длительность в часах охлаждения воды в водонапор­ ном сооружении-равна

мах приняты следующие допущения.

а) В расчетных схемах теплообмена в I стадии охлаждения

-42

(рис. 34, а) основная масса воды в сооружении имеет среднюю по объему температуру t„ > t4, и отделена от поверхности сте­ нок сооружения и от свободной поверхности воды в баке услов­ ным слоем охлажденной воды; температура слоя воды посте­ пенно снижается, приближаясь к 0°. Этот слой охлажденной воды является своего рода рубашкой, которая выполняет роль теп.ю'передающей поверхности воды в водонапорном сооруже­ нии.

.Ьлатдтши

'спей воды г

IJteiuiuuwiisqus

Рис. 34. Расчетные схемы теплообмена без обмена воды в башне с цилиндрической опорой:

а) без льдообразования: б) с льдообразованием.

б) В расчетных схемах теплообмена во II стадии охлажде­ ния (рис. 33 и рис. 34, б) основная масса воды в сооруженн? имеет среднюю по объему температуру ta , отделена о’ поверхности стенок сооружения слоем льда и от свободной по­ верхности воды в баке — пленкой льда («ледяным салом»), ко торые выполняют роль теплопередающих поверхностей, а слой льда еще и роль теплоизоляции воды в водонапорном сооруже­ нии.

В дальнейших расчетах учитываются следующие физиче­ ские свойства пресной воды при охлаждении ее от 10° до 0’

изамораживании в водонапорных сооружениях.

1.При охлаждении воды от 10° до 4“ объемный вес воды по­

43

вышается соответственно с 7 = 999,75 кг/м3 до 7= 1000 кг/м3,. отчего более холодные слои опускаются вниз, а более теплые поднимаются кверху; при дальнейшем же охлаждении воды от 4° до 0° происходит обратное явление — объемный вес ее 'По­ нижается соответственно с 7 = 1000 кг/м3 до 7- ' 999,87 кг!м3, отчего более холодные слои поднимаются кверху, а более теп­ лые опускаются вниз.

2.Вода не охлаждается ниже t = 0°. При дальнейшем ее охлаждении она меняет свое агрегатное состояние — превра­ щается в лед при той же температуре 0°, выделяет 79,6 ккал^лг скрытой теплоты.

3.Передача тепла внутри самой воды и от воды к поверхно­ сти стенок или льда в сооружении осуществляется, главным об­ разом, методом конвекции. Поэтому при сравнительно больших объемах воды в водонапорных сооружениях изменение вели-

тин средней по объему температуры воды и толщины льда в них за определенный холодный период времени происходит медленно и зависит в основном от изменения средних за этот

Полезная емкость всего водонапорного сооружения равна

цилиндрической части бака, м. Водонапорные сооружения при водообмене работают с ко­

лебаниями уровня воды в баках вследствие ухода воды из со-

44

•оружения в разводящую сеть и подачи новых порций воды

вних насосами (рис. 35). Поэтому в сооружении с полезной емкостью W вода фактически подвергается охлаждению лишь

вобъеме, равном в среднем lV’cp < IV'.

Рис. 35. Колебание уровня воды в башне при водообмене.

Из принятой ранее расчетной схемы теплопередачи при об­ мене воды в водонапорных сооружениях (см. рис. 33) видно, что при изменении объема воды в баке с W’6 до UV6.Cp будут соответственно меняться высота слоя воды в цилиндри­

= 0,6 4-0,8;

Л:т и -^стср = П^ст — площади теплопередающих наружных

45

поверхностей цилиндрической части бака, соответственно при отсутствии обмена воды и при водообмене, л/2;

гнаружный радиус бака, л/. Величина его равна

§6. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА В БЕСШАТРОВЫХ НЕОТАПЛИВАЕМЫХ ВОДОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ

ские свойства воды и следующее дифференциальное уравнение

46

здесь dQyx — количество тепла, уходящего из водонапор­ ного сооружения в атмосферу за бесконеч­ но малый отрезок времени dr, ккал.

Количество тепла, приходящего в водонапорное соору­ жение за тот же бесконечно малый отрезок времени dr, ккал:' dQi — от выделения скрытой теплоты при образовании

льда в объеме dW\ и толщиной db;

dQi — от снижения температуры на величину dOa объема' воды dW («мертвого» объема), не успевшего сме­ шаться с циркуляционным расходом воды в соору­ жении;

dQs — от снижения температуры па величину Л) объема льда 1Кл, ранее находившегося внутри сооружения,, при увеличении толщины его на db\

воздуха, соответствующие отрезку времени dx\

и Л 1К имеют значения, указанные выше при опре­ делении dQi и dQi,;

47

q: — циркуляционный расход воды в соору­ жении, соответствующий отрезку вре­ мени dr, м?/сек-,

'т.1 11 ^ух.; — температуры воды при входе в сооруже­ ние и уходе из него, соответствующие отрезку времени dr;

St — количество тепла, поступившего от сол­ нечной радиации на 1 м2 вертикальной поверхности цилиндрической стенки во­ донапорного сооружения за отрезок вре­ мени drm ккал;

—коэффициент, учитывающий тепло, посту­ пившее от рассеянной солнечной радиа­ ции на дно бака в зависимости от коли­ чества тепла S ; FCT + Доп), поступив­ шего за отрезок времени dr от прямой и

рассеянной солнечной радиации на стенки сооружении;

Фл = 79,6 ккал!кг — скрытая теплота льдообразования; 1ГЛ — первоначальный объем льда в сооруже­

параметры FCT,Foa иЬл. Остальные же, более многочисленные параметры, имеют величины переменные по времени, меняю­ щиеся от различных факторов.

Как известно, при решении дифференциальных уравнений со многими переменными обычно бывают неизбежны некоторые допущения. Сущность допущений, принятых при решении дифференциального уравнения (16-а), состоит в следующем. Все переменные параметры, в зависимости от условий их изменения и степени влияния на темп охлаждения льдообразо­

изменения местных условий (климатических, гидрогеологиче­ ских и гидрологических), характера и размера водопэтребле-

•48

бака и части свободной поверхности воды в баке.

Площадь горизонтального сечения льда, вновь образовав­ шегося за отрезок времени dx на цилиндрических стенках бака, равна

d «>л = т. - г (гл — do)12 = - Г - ~r\ -I- 2 - гл di — -(d о)'2

ж 2 ~ r„d о = 2я (г0 — о) d 3

50 •