Фазовые переходы влаги в грунте: Учет при проектировании грунтовых теплообменников

В статье приведены результаты численных и экспериментальных исследований, посвящённых оценке влияния фазовых переходов поровой влаги в грунтовом массиве, окружающем термоскважины, на теплопроводность прилегающего грунта и на температуру теплоносителя, циркулирующего через теплообменник. Представлена математическая модель, позволяющая описать пространственный нестационарный тепловой режим грунтового массива с термоскважинами с учётом процессов, связанных с фазовыми превращениями влаги в поровом пространстве грунта. Данная математическая модель основывается на методе учёта скрытой теплоты фазовых переходов поровой влаги в грунте за счёт использования такого параметра, как «эквивалентная» теплопроводность. Суть метода состоит в том, чтобы учесть теплоту фазовых переходов поровой влаги в грунте с помощью введения новой «эквивалентной» теплопроводности грунта, состоящей из непосредственно теплопроводности грунта и добавки, учитывающей замерзание/оттаивание поровой влаги. Описаны методы, оборудование и результаты экспериментальных исследований по оценке «эквивалентной» теплопроводности грунта, учитывающей фазовый переход поровой влаги при замораживании и оттаивании грунта, выполненные в лабораторных условиях на экспериментальном стенде, моделирующем эксплуатационные режимы термоскважин. Результатами моделирования проиллюстрирована необходимость учёта фазовых переходов поровой влаги в грунте при проектировании ГТСТ. Экспериментально обнаружен эффект, вызываемый конденсацией при эксплуатации ГТСТ водяного пара, содержащегося в поровом пространстве грунта, и связанная с этим интенсификация процессов теплообмена между термоскважиной и грунтом.