井筒冻结温度场水分场耦合分析研究.docVIP

冻结壁温度场水分场耦合分析研究 杨玉贵 高峰 李涛 刘冠男 作者简介：杨玉贵（1982-），男，山东济宁人，中国矿业大学05级硕士研究生，主要从事岩土计算力学。联系地址：中国矿业大学 理学院 力学与工程科学系硕05，邮编：221008；E-mail： 作者简介：杨玉贵（1982-），男，山东济宁人，中国矿业大学05级硕士研究生，主要从事岩土计算力学。联系地址：中国矿业大学 理学院 力学与工程科学系硕05，邮编：221008；E-mail： HYPERLINK mailto:yyg323@163.com yyg323@163.com； E－mail： HYPERLINK mailto:yyg323@163.com yyg323@163.com 摘 要：人工冻结法施工技术是深厚表土矿井开挖的一种重要的技术，为了更好的应用这种技术，本文通过分析冻结过程中温度场、水分场分布及扩展规律，利用ANSYS二次开发功能，编写了考虑水分场对温度场参数影响的APDL以及UPFS二次开发程序，并通过计算实例分析验证了该程序的正确性。 关键词： ANSYS ; 数值模拟; 温度场 ; 耦合 中图分类号： 文章编号： Analysis of Moisture and Temperature Field Coupling Process in Freezing well (YANG Yugui , GAO Feng , LI Tao , LIU Guan-nan) Abstract: The technology of artificial frozen construction is one kind of important technology which used in deep soil mining. For the better application of this technology, analyzes the moisture and temperature field coupling process in this article, and uses the developments functions of ANSYS Simulating the temperature of Shaft, confirming this method rationally through the computation of the example. Key Word： ANSYS; Mathematic Simulation ; Temperature Field ; Coupling 0引言 在矿井冻结法施工工程中，冻结壁的温度场分布一直是工程师最为关心的问题。因为某时刻的冻结壁温度场分布决定着此时的冻结壁厚度，而冻结壁中某点的温度值又决定着此处的冻结壁强度。冻结壁厚度和强度是衡量冻结质量的重要指标，工程师往往据此把握开挖时机、给出开挖方案。较一般热传导问题不同的是，冻结会使土体中各组分的含量发生改变，水分在冻结时会逐渐凝固成冰，水和冰的热容、导热系数等物性参数是不一样的，因此冻土的整体物性参数也要随着温度的改变而改变； 潜热并不只发生在一个狭窄的区域内，一般在负温区域内都会有潜热释放。归结起来，土体的冻结温度场可以认为是一个含相变的、移动边界的、有内热源的、边界条件复杂且物性系数改变的不稳定导热问题。 本文通过研究分析深井冻结过程中冰颗粒以及未冻水的存在对冻土各物理参数的影响 ，利用ANSYS的二次开发方法对冻井温度场进行数值模拟分析，与实际测试结果比较，得出了该方法的合理性。 1数学模型 假设冻土中只有液态水的运动，忽略气相影响，则冻土中未冻水含量与冻土的温度有动态平衡的关系。 深井冻结过程中，在竖直方向上的传热比较弱，因此我们可以看作是平面问题。在冻结壁交圈之前，温度场是依每一个冻结管为中心的近似轴对称问题，考虑潜热释放的热传导方程如下： （1） 式中 —粘土的密度；—粘土的比热；—导热系数；—潜热；—冰体积含量； 冻土中的水流方程满足达西定律，并根据连续性方程得到： （2）