Расчет глубины промерзания грунта в программе ELCUT

В теплотехнике здания многие процессы требуют решения нестационарных задач, когда граничные условия изменяются в течение временного цикла. Например, к таким задачам относится расчет глубины промерзания грунта или учет теплового потока вследствие солнечной радиации. В первом случае изменения происходят в течение годичного цикла, во втором случае – суточного.

Программа ELCUT поддерживает решение нестационарных задач, в том числе благодаря поддержке использования формул с функциями в граничных условиях и заданию нелинейных теплотехнических свойств материалов.

Ниже описывается расчет глубины промерзания грунта в окрестности города Дмитров Московской области. Анализ среднемесячных температур воздуха для этого города показал (см. СП 131.13330.2012 "Строительная климатология"), что их изменение неплохо описывается функцией синуса

 T = Tср. + Ta*sin(kt) , где Tср. = 3.8°, Ta = 13.7°, k – постоянная величина, определяемая длительностью цикла.

Модель и граничные условия   

Нестационарная теплопередача  Граничные условия даны на рисунке слева. Вследствие отсутствия возмущений принимаем для левой, правой и нижней границы Q=0 (отсутствие теплообмена), по верхней - T = 3.8 + 13.7*sin(0.0000114*t), коэффициент теплопередачи α = 23 Вт*/м2 * °C

  В качестве грунта моделировался песок (коэффициент теплопроводности λ = 0.92 Вт/(м*°С), коэффициент теплоемкости c = 1160 Дж/кг*°С и плотность ρ = 1900 кг/ м3.)

Глубина модели 20 м.

Результаты расчета

  Расчет нестационарной теплопередачи в ELCUT обеспечивает сохранение всех результатов расчета в любые моменты времени. Таким образом после выполнения расчета можно исследовать как изменяется температура или тепловой поток в любой точке или поверхности модели с течением времени. 

Рисунки ниже показывают температурное поле и график изменения температуры по глубине в самое холодное время года, хотя надо отметить, что наибольшее расчетное промерзание имеет место позднее достижения самой низкой температуры воздуха.

Расчет глубины промерзания грунта

Температурное поле по глубине грунта











  

   
     Одной из практических задач, решаемых с помощью нестационарной теплопередачи ELCUT является расчет утепления фундаментов мелкого заложения.
Известно, что на пучинистых грунтах нижний уровень фундамента должен быть глубже  уровня промерзания. Поэтому в случае фундаментов мелкого заложения есть рекомендации по утеплению фундамента, например, пенополистиролом, с целью уменьшения глубины промерзания.
Программа ELCUT позволяет оценить эффект такого мероприятия и выбрать наиболее оптимальный вариант конструкции. 

Учет нелинейных свойств грунта

   Утепление фундамента мелкого заложенияТочность расчетов значительно увеличивается за счет возможности учета в программе ELCUT нелинейных теплофизических свойств грунта (см. рис.). Вследствие превращения воды в лед при замерзании теплопроводность мерзлого грунта становится выше, а теплоемкость ниже.

Значения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости мерзлого и талого грунта в зависимости от содержания влаги и плотности грунта содержатся, например, в руководстве Госстроя СССР, опубликованном в 1973 году.

Значения теплофизических параметров вводится в удобной табличной форме в зависимости от температуры. 


Введение в ELCUT (тепловые расчеты 2D ) - видеоролик

Расчет температурных полей в 3D моделях - видеоролик

Расчет глубины промерзания грунта (нестационарная задача)

Купить программу ELCUT или заказать версию для тестирования

  Прежде чем купить программу ELCUT  протестируйте рабочую версию в течение  30 дней. Вам будет предоставлена не только сама программа, но и необходимые учебные материалы, а также техническая поддержка в этот период.
Гибкая система цен позволяет приобрести только необходимые модули.
Например, сначала можно купить только модуль стационарной теплопередачи 2D за 60 800 руб., а потом уже для нестационарной. 

Внимание ! Обучение работе с программой ELCUT входит в стоимость.

Со всеми вопросами обращайтесь в ООО "Хайтек" и следите за публикациями на канале Яндекс.Дзен "Теплотехнические расчеты"

Заказать версию ELCUT или СИНС для тестирования




Яндекс Дзен (информационный канал)

Теплотехнические расчеты