Способ предохранения водоемов от промерзания
О П И С А Н И Е.
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.12. 80 (21) 3227520/29-15 ($1) М. КЛ. с присоединением заявки ¹-.
Е 02 В 15/02
Государственный комитет
СССР яо делам изобретений и открытий (23) Приоритет($3) УДК 626.01 (088. 8) Опубликовано 15Д982. Бюллетень ¹ 34
Дата опубликования описания 15.09.82 (54) СПОСОБ ПРЕДОХРАНЕНИЯ ВОДОЕМОВ
ОТ ПРОМЕРЗАНИЯ Изобретение относится к гидротехнике, занимающейся предохранением водоемов от промерзания.
Известен способ предохранения водоемов от большого промерзания путем образования подо льдом воздушных прослоек малой толщины (не выше
7 мм), которые эаснеживаются f1).
Однако данный способ обладает малой эффективностью, так как теплопроводность сублимационногО снега выше эффективной теплопроводности воздушной прослойки малой толщины.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является способ предотвращения водоемов от промерзания путем создания много. слойного теплоиэолирующего покрытия(2).
Недостатком этого способа является также малая эффективность вследствие возникновения конвекции в воздушной прослойке и значительных потерях тепла на излучение. Поэтому 25 фактический коэффициент теплопроводности воздушной прослойки будет значительно -выше значения коэффициента теплопроводности воздуха при наличии только молекулярной теплопроводности. 30
Цель изобретения — повышение эф-. фективности предохранения водоемов от промерзания.
Поставленная цель достигается тем, что многослойное теплоиэолирующее покрытие выполняется путем укладки слоя льда и сорбционного материала с низким коэффициентом теплопроводности, смешанного с теплоизолирующей жидкостью, например нефтепродуктами, с последующим чередованием слоев.
На .чертеже представлена схема многослойного покрытия.
Покрытие состоит иэ чередующихся слоев льда 1, слоев теплоизолиру« ющей жидкости 2, смешанной с крошкой сорбционного материала 3 и трубопровода 4, по которой теплоизолирующая смесь нагнетается под тонкий слой молодого льда. Способ реализуется следующим образом.
После образования на поверхности воды слоя льда 1 под него закачивают слой теплоизолирующей жидкости 2, смешанной с крошкой сорбционного материала 3 по трубопроводу 4, после нарастания второго слоя льда по тру бопровроду эакачивают следующий слой теплоизолирующей жидкости, и далее
958582
Толщи на наросшего льда без теплоизолирующего покрытия, м
Толщина наросшего Число градусольда с теплоизоли- дней мороза" рующим покрытием, м
-311,3
0,15
0,26
Сумма среднесуточных температур50 операция повторяется необходимое число раэ (с .ределяется расчетным путем)
В ...."чэ".тве жидкого теплоизолирующего вещества, например, можно использовать нефтепродукты, которые лег е воды и имеют коэффициент теплопроводности в.15-20 раз меньше, чем у льда. В качестве сорбционного материала, например, можно испольэовать:пенопластй-) коэффициент теплопроводности которых в 40-50 раз меньше, чем у льда. При возможных значейиях температурного напора в слоях нефтепродуктов толщиной не более 2 см перенос тепла через них осуществляется только посредством молекулярной теплопроводности, поэтому коэффициент теплопроводности через такие прослойки будет около
0,125 Вт/м.К.
Сорбционный материал, смешанный с жидкостью,.препятствует развитию конвекции в слое жидкости. Причем, так как теплопроводность пенопластов ниже, чем у нефтепродуктов, то смесь из. крошки пенопласта и нефтепродуктов имеет коэффициент теплопроводности ниже, чем у нефтепродуктов.
Эффективность многослойного тепло. изолирующего покрытия характеризуется толщиной нарастающего льда, которая определяется по формуле
Применение теплоизолируЮщего крытия из чередующихся слоев льда и сорбционного материала, смешанного с теплоизолирующей жидкостью, позволя ет значительно повысить эффективность предохранения водоемов от промерэания за счет устранения конвективного и лучистого теплообмена, так как материал препятствует развитию конвекции, а слой нефтепродуктов толщиной более . 2 мм практически не прозрачен.
Помимо этого, применение тепло-. изолирующих жидкостей с удельным весом большим удельного веса льда, но меньшим удельного веса воды обеспечивает механическую прочность покры— тия и сохранения теплоизолирующих 65 где h — толщина нарастающего. льда;
h< — толщина слоя температурного сопротивления;
h — слой ранее образовавшегося льда;
А„ - коэффициент теплопооводности льда; и 8 — температуры воды, при которых происходит ледообразование и окружающего воздуха;
- время льдообразования; скрытая теплота фазового перехода; коэффициент теплообмена между поверхностью и воздухом.
h„ толщина слоя теплоизоляции;
Л; — коэффициент теплопроводнос-. ти изоляции.
Теоретические расчеты, выполненные беэ учета подвода тепла от водной массы показали, что для образования
16 см чистого льда в условиях Арктики требуется 5 сут, в то время как для образования теплоизолирующего покрытия иэ 16 слоев (толщина, каждого слоя льда и соляра 1 см) — 38 сут при тех же значениях метеорологических параметров. Причем, за весь осенне-зимний период толщина льда в водоеме составляет 2,8 м, а толщина льда в водоеме, покрытом теплоизолирующей системой из 16 слоев льда и соляра - 1,3 м.
Эффек ти в ность т еплои з олирующего покрытия лед-соляр проверялась в Арктике в осенний период. Покрытие состояло иэ трех. слоев соляра толщиной около 1 см каждый. Покрытие было сформировано за 24 дня. Результаты сведены в таблицу. свойств покрытия, так как при возможном термическом растрескивании ледяных прослоек обломки льда удерживаются выталкивающей силой на поверхности жидкости, предохраняя слои льда от обрушивания, что исключает проникновение холодного воздуха в многослойное покрытие.
Такое покрытие легко создавать на больших площадях водных бассейнов с малыми материальными затратами, так. как в качестве теплоизолирующих материалов могут быть использованы отходы горюче-смазочных материалов и отходы твердых теплоизолирующих веществ.
958582
Формула изобретения
Составирщь А. Колоскова редактор A. долинич Техред И.Гайду Корректор 10. Макаренко
Заказ 6998/41 Тираж 709 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Pàòåíò", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Такие покрытия значительно сниЖают трудозатраты при зачистке дражных котлованов ото льда и в несколько раз снижают глубину промерзания грунта в осенне-зимний период, что значительно продлевает сроки работ °
Предлагаемый способ может быть использован при работах, связанных с добычей полезных ископаемых со дна Арктических морей для предохра-. нения рабочих участков акваторий от 1О промерзания. При использовании предлагаемого способа толщина нарастающего льда под теплоиэолирующим покрытием в 2-5 раз меньше, чем в естественных условиях, 15
Оценка энергозатрат на разрушение о льда толщиной 3 м (обычная толщина льда в Арктике) на площади 100. 100 м показали, что при механических спо-собах разрушения в зависимости от применяемых орудий необходимо затратить 6-.10"0- 12 -10"" Дж, а при плавлении льда. 9 ° 10"1 Дж. Использование предлагаемого способа позволит снизить энергозатраты на разрушение льда в 2-5 раз за счет предохранения от промерэания.
Способ предохранения водоемов от промерзания путем .создания многослойного теплоиэолирующего покрытия, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности предохранений водоемов от промерзания, многослойное теплоизолирующее покрытие выполняется путем укладки слоя льда и сорбционного материала с низким коэффициентом теплопроводности, смешанного с теплоизолирующей жидкостью, например нефтепродуктами, с последующим чередованием слоев.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1 ° Авторское свидетельство СССР
Р 46475, кл. Е 02 В 15/02, 1935.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 628219, кл. E 02 В 15/02, 1977.
