熱棒的要點(diǎn)及要求

1、熱棒的設(shè)計要點(diǎn)及技術(shù)要求一、熱棒的設(shè)計要點(diǎn)（一）熱棒的自身參數(shù)的確定（工質(zhì)、工質(zhì)充裝量、各部尺寸等） 熱棒主要由工質(zhì)和管殼組成，主要使根據(jù)其使用要求和工作條件 選擇工質(zhì)和管殼材料，設(shè)計合理的管殼尺寸，計算工質(zhì)的充裝數(shù)量。 除此之外，還應(yīng)該合理設(shè)計冷凝器的尺寸。工質(zhì)的選擇應(yīng)根據(jù)要求的熱棒工作溫度范圍和管殼的耐壓性能 以及工質(zhì)與管殼材料的相容性來確定。另外，工質(zhì)的選擇還應(yīng)考慮工 質(zhì)與管殼材料不能起化學(xué)變化，否則在化學(xué)作用過程中生成的氣體和 其他物質(zhì)將可能使熱棒不能工作。工質(zhì)的品質(zhì)越高，熱棒的熱傳輸性 能越好，因此在條件允許時，盡可能選用高品質(zhì)因素的工質(zhì)。管殼材料的選擇主要考慮熱棒的使用條件和工程造

2、價。管殼設(shè)計 的任務(wù)是確定管殼的尺寸和殼壁的厚度。工質(zhì)的充灌數(shù)量是隨熱棒的總長度而變的，它等于熱棒運(yùn)行時， 棒中蒸汽工質(zhì)與殼壁上液膜數(shù)量與棒底部液池中液體工質(zhì)質(zhì)量之和。 冷凝器的設(shè)計主要應(yīng)考慮兩點(diǎn)，一是冷凝器要有足夠的冷凝面積，以 確保蒸發(fā)段吸收的熱量能及時的散發(fā)到大氣中去。二是冷凝器與管殼 的聯(lián)接最好不要有變徑，這樣可防止在變徑段蒸汽流速加大，而過早 出現(xiàn)淹沒現(xiàn)象。（二）合理埋深的確定熱棒的埋設(shè)深度主要以被處治的構(gòu)造物的基礎(chǔ)埋深和地基弱化 深度為依據(jù)。設(shè)置熱棒的目的是在負(fù)溫期有效制冷，明顯降低土體溫 度，提升凍土上限，提高凍土地基的穩(wěn)定性。所以只有當(dāng)凍土的蒸發(fā) 端埋置在多年凍土層以內(nèi)，才能起

3、到對多年凍土層以上土體進(jìn)行冷卻， 提高凍土上限的作用。因此熱棒的埋深必須要在多年凍土層以下。將 熱棒插至多年凍土層，即大于最大融化深度，不但減少了凍脹過程中 的切向凍脹力，而且消除了法向凍脹力，保證了熱棒地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定。 在設(shè)計當(dāng)中埋深取8cm。（三）設(shè)置間距和方式熱棒的間距主要是根據(jù)其制冷的有效半徑確定的。目前我國三個 廠家生產(chǎn)的熱棒功率基本相等，根據(jù)在青藏公路、青藏鐵路的使用情 況，其有效半徑在2m左右，依據(jù)對地基處治的要求不同，熱棒的間 距一般為有效半徑的1.0至2.5倍。在本次設(shè)計中熱棒間距取3-4m。二、熱棒的技術(shù)要求熱棒的自身參數(shù)應(yīng)包括工質(zhì)、管殼、冷凝器等。工質(zhì)一般采用液 氨，管殼

4、采用碳鋼或不銹鋼，冷凝器采用螺旋翅片管或螺旋齒型翅片 管。熱棒常用的規(guī)格和尺寸可根據(jù)凍土路基的使用要求和凍土地質(zhì)條 件進(jìn)行熱工計算確定。一般要求熱棒的使用年限不宜小于30年。熱棒規(guī)格和尺寸一覽表基管外徑D (mm)長度 (m)管壁厚度 (mm)翅片高度h (mm)翅片厚度f (mm)翅片節(jié)距t (mm)開齒高h(yuǎn)c (mm)齒寬W (mm)45,5163.5 4.52525205202857,60,6393.5525252052021070,76124 5.530252010 2521083,89154.5 6.540252010 25212102,10855750252010 25212三、熱

5、棒的原理與特點(diǎn)熱棒由密閉真空腔體注入低沸點(diǎn)工質(zhì)(如氨、氟利昂、丙烷、二 氧化碳等)而構(gòu)成。熱棒的工作原理是利用汽液兩相對流進(jìn)行換熱， 這個過程十分復(fù)雜：熱棒置于凍土中的部分稱之為蒸發(fā)器，暴露在地 而且安裝有散熱片的部分稱之為冷凝器。在寒冷季節(jié)，由于空氣溫度 低于多年凍土的溫度，蒸發(fā)器中的液體工質(zhì)吸收周圍土體中的熱量， 蒸發(fā)形成汽體工質(zhì)，在管內(nèi)壓力差的作用下，蒸汽上升至冷凝段，與 較冷的冷凝器管壁接觸，放出汽化潛熱，再通過冷凝器的散熱片將熱 量傳遞到空氣中。同時蒸汽工質(zhì)遇冷冷凝成液體，在重力的作用下， 液體沿管壁回流至蒸發(fā)段，再蒸發(fā)。如此循環(huán)往復(fù)，將土體中的熱量 傳遞至空氣中。這種兩相對流循環(huán)過

6、程是連續(xù)的。在溫暖季節(jié)，由于 空氣溫度高于凍土體溫度，熱棒中的液體工質(zhì)蒸發(fā)后形成的蒸汽到達(dá) 冷凝器后不能冷凝（汽液兩相達(dá)到平衡），液體停止蒸發(fā)，熱棒停止 工作，因此天氣中的熱量不能通過熱棒傳至凍土中，從而可保持凍土 良好的凍結(jié)狀態(tài)。熱棒的性能取決于氣候條件，如氣溫、風(fēng)速等，同時也受熱棒周 圍土體容重和含水量的影響，低于凍結(jié)溫度的凍結(jié)期長短和冷凝循環(huán) 從基礎(chǔ)中排出熱量的速度都是決定熱棒周圍土體凍結(jié)半徑的的直接 因素，同時若凍結(jié)期短，融化期長，熱棒形成的凍結(jié)核，尚未在一個 冬季來臨之前就全部融化，那么就失去了熱棒的應(yīng)用價值，因此熱棒 的工程應(yīng)用是有一定限制的。從凍結(jié)指數(shù)與凍結(jié)半徑的關(guān)系來看，凍 結(jié)

7、半徑是隨凍結(jié)指數(shù)的增大而增大。作為熱棒用于冷卻強(qiáng)化地基的設(shè) 計來說，均需將凍結(jié)半徑作為一個重要的設(shè)計依據(jù)，因此可用凍結(jié)指 數(shù)來作為一個衡量熱棒效能的指標(biāo)。熱棒可將冷量有效地傳遞儲存于地下，又可有效地阻止熱量向地 下傳遞，是一種可以控制熱量傳遞的高效熱導(dǎo)裝置。熱棒具有下列特 點(diǎn)：導(dǎo)熱性好，當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)可高達(dá)純銀的數(shù)千倍；傳熱溫差小，熱 棒的蒸發(fā)器與冷凝器僅有0.10.5C溫差時，即可啟動工作；傳熱能 力大，直徑cp83液氨熱棒在零下5C時，傳熱能力為6.0KW；適用溫 度范圍廣，在-60C+60C可有效工作；單向傳熱，熱量僅能從下端 傳向上端，反向不傳熱；使用壽命長，熱棒若經(jīng)嚴(yán)格工藝處理，可靠 工作壽命不低于30a,群棒工作效率更高；無需日常維修養(yǎng)護(hù)，運(yùn)行 無噪聲，符合環(huán)保要求。四、熱棒冷凍地基效果熱棒作為一種汽液兩相對流換熱裝置，具有無能耗、高效率地降 低棒周圍地溫的特點(diǎn)。熱棒制冷在地層內(nèi)有效降溫（冷凍圈）影響 范圍可達(dá)到1.5m2m，從而冷凍