| 题名 | 青藏铁路冻土区低温热管应用关键技术研究 |
| 作者 | 程红彬 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-23 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 程国栋 |
| 关键词 | 青藏铁路 多年冻土 低温热管 冷却地基 |
| 其他题名 | The Key Technology Study of Low Temperature Heat Pipe in Qinghai-Tibet Railway Permafrost Regions |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 青藏铁路冻土区低温热管应用在于贯彻“冷却地基土体”为核心的技术指导思想，经济、合理、有效的采用低温热管路基结构，通过采集和存贮天然大气层的冷量达到保护多年冻土，保证冻土区路基稳定的目的。 为此本论文结合青藏铁路冻土区路基工程实践，通过理论计算、室内试验与现场工程实体观测相结合的研究，对包括热管制作技术、热管应用结构形式和热管路基施工关键技术三个方面内容的青藏铁路冻土区低温热管应用技术进行了综合研究。研究适应青藏铁路冻土区环境和冻土条件的经济合理的热管结构和技术参数，提出适应未来气候变化并能够达到保护冻土、保证路基稳定的低温热管路基结构形式，通过工程实践研究开发能够保证低温热管应用目的的配套施工技术。 本文通过参加青藏铁路冻土区低温热管制作工艺和技术标准研究，低温热管路基结构工程试验研究以及低温热管地温场变化规律理论计算研究等课题，提出以下可供工程实践应用的研究成果和结论： 一、低温热管结构尺寸和制作工艺 1.不同冻土区段环境和冻土温度在不同时间段的差异决定了低温热管的工作状态，因此低温热管的合理结构尺寸（蒸发段、绝热段和冷却段长度）应该满足以下条件： 冷却段散热功率×安全系数＝蒸发段的最大吸热功率。 2.考虑青藏铁路冻土区在年际冻融变化的不同时间段，热管埋入土体部分地温与裸露部分周围环境气温之间的差异对热管工作状态影响，满足上述计算条件时，冻土区低温热管建议结构尺寸为冷却段不小于1.5m，绝热段和蒸发段总长不小于5m为合理结构尺寸。 3.保证低温热管传热效率和工作寿命的关键工艺主要有：减少不冷凝气体形成、演出热管使用寿命的钝化工艺，保证热管传热效率的真空工艺，提高热管传热极限的工质注入工艺。 二、青藏铁路冻土区低温热管路基适用性 1.提出一种多因素综合评价方法对热管制冷效果进行评价，认为气候条件、土体温度、土体特性、流体特性以及路基两侧地表水和地下水特征因子组合为第一个评价层次；年平均气温、太阳辐射、年平均风速条件组合评价构成第二个层次。综合分析各影响因素因子的组合特征，采用相应综合函数算子来展开计算，近似和定量的分析热管制冷效果，进而确定热管适宜的区域，结合青藏铁路路基工程目前状态，提出需要进行热管补强的地段。 2.填土路堤阴阳坡护道和坡脚设置纵向间距不同和横向列数不同的热管，减小路基地温场横向的不对称性，减小路基横向变形差异，保证路基稳定。 3.在已经建成的铺设有保温板的低路堤地段设置热管，形成热管＋保温板复合结构，利用热管的降低土体温度作用和保温板减少传热作用，保证低路堤地段的冻土热稳定性，从而保证该类路基的工程稳定性。 4. 地表水热环境复杂地段冻土区路基，尤其是湿地路基，应该采用土护道+热管复合结构，以保证路基整体抗倾覆能力。 4.在年平均气温高于－4.0℃的高温冻土区，单一的碎石层护坡或块石层路基结构不能满足未来气温升高条件下保护冻土，保证路基稳定性的要求，需要和低温热管叠加复合使用。 三、以先进的施工工艺保证科学的热管路基结构工程效果 1.冻土区低温热管的埋设工艺关键在使热管和周围土体之间不能形成传热隔离层，因此本文认为应该对传统的施工工艺进行改进，充分利用钻探热量融化部分土体，使热管与周围土体密贴。 2.施工前必须对热管进行逐根检测，本文提出检测启动性能以保证热管工作时间，检测其轴向等温性能，保证热管传热总量，是保证低温热管工作效率的关键工序。 通过实验室研究和理论计算，本文认为在低温热管研究工作中，必须注意当土壤天然地面寒季冷却时，热流方向是自下而上，冻结过程是自上而下的垂直方向单向进行的。埋置热管后土壤冻结时热流方向除了冷空气导致的自上而下的冻结过程，热管的散热作用等于增加了一个水平方向的冷源，也就是增加了一个水平方向（热管的径向）的冷却冻结过程，将天然地面自上而下的单向冻结过程改变为垂直和水平方向的多向冻结过程，因此按照传统的计算方法进行的热管地温场计算将会产生一定误差。 土体埋置热管后的径向冻结作用，将抑制冰透镜的形成，在土体冻结期间对路基活动层土体的影响还需要进行深入研究。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 181 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21520]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 程红彬. 青藏铁路冻土区低温热管应用关键技术研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
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