Süni zəmin dondurma, su daşıyan və mexaniki olaraq zəif zəminlerin müvəqqəti olaraq gücləndirilməsi və yeraltı sunun qazıntı sahəsina girişinin məhdudlaşdırılması üçün istifadə olunan bir mühəndislik üsuludur. Dondurma borularında dövriyyə etdirilən aşağı temperaturlu duzlu məhlul, ətrafdakı zəmindən istilik çəkərək məsamə suyunu buza çevirir. Qonşu borular çevresinde böyüyən donmuş bölgələr birləşdikdə aşağı keçiricilikli və yüksək dayanıqlı bir donmuş zəmin pərdəsi yaranır.

Bu araşdırma, donmuş pərdənin bağlanmasını yalnız müəyyən bir temperatur həddinə baxaraq dəyərlendirmek əvəzinə, su-buz faz dəyişimi sırasında yaranan temperatur platosunun müddətini istifadə etməyi təklif edir. Araşdırmacılar, gizli istilikyı ümumi entalpiya içində təmsil edən D2Q5 Lattice Boltzmann modelini qurmuş; tək borulu, cütlük borulu və çoxborulu dondurma durumlarını incelemiş və modeli Çinin Kunming kentindeki bir metro əlaqə gecidi projesinden alınan saha temperaturlarıyla qarşılaştırmıştır.

Model nəticələrına görə suyun donması sırasında açığa çıqan gizli istilik, orta dondurma aşamasındaki soğuma hızını belirgin bdaxiliimde azaltmakta və təxminən −1 ilə 0 °C arasında bir temperatur platosu təşkil edir. Gizli istilik hesaba katılmadığında 20. gündeki donmuş divar qalınlığı təxminən 1,35 m; gizli istilik dâhil edildiğinde ise təxminən 1,18 m hesablanmışdır. Gizli istiliknın ihmal edilmesi, bu nümunəte donmuş divar gelişimini təxminən %14,4 çox göstermiş və proqnozi bağlanma zamanını təxminən 25 günden 20 güne çekmiştir.

Çoklu borulu idealize modelde 25 gün sonunda təxminən 1,3 m qalınlığında və orta −11,2 °C temperaturta davamlı bir donmuş pərdə elde edilmiştir. Saha düzgünlamasında ise dizayn koşulu olan 1,2 m kalınlığa model 42 günde, ölçməler 45 günde ulaşmıştır. Orta donmuş divar temperaturunın −10 °C’ye ulaşması modelde 38, sahada 40 gün sürmüştür.

Araşdırmacıların önerdiği plato müddəti əmsalsı \(\eta=t_p/t_c\), temperaturun faz dəyişimi aralığında kaldığı müddətnin incelenen ümumi dondurma müddətine nisbətıdır. Sayısal nümunəlerde daxili və ya borular arası izleme bölgesinde \(\eta\) təxminən 0,40’a ulaştığında bağlanma olasılığının hızla yüksəldiği bildirilmişdir. Ancaq bu dəyər təkbaşına qəti bir etimadlik sərhədı deyil. Araşdırmanın öz nəticələrına görə ölçüt; davamlı 0 °C izotermi, dizayna yakın donmuş divar qalınlığı və saha temperaturlarıyla birlikte kullanılmalıdır.

Süni zəmin dondurma neden istifadə olunur?

Metro əlaqə gecitleri, şaftlar, tüneller və derin əsas çukurları çox vaxt suya doygun, aşağı dayanıqlı və ya kazı sırasında qərarlılığını kaybedebiləcek zəminlerden gecmektedir. Süni zəmin dondurma metodinde zəmine müəyyən aralıklarla çelik dondurma boruları yerleştirilir. Boruların içindən aşağı temperaturlu duzlu məhlul dolaştırılarak ətrafdakı zəmindən davamlı istilik çekilir.

Zəmin məsaməlerindeki su donduğunda:

• Zəmin parçacıkları buzla bağlanarak müvəqqəti mexaniki dayanım kazanır.
• Hidrolik gecirgenlik önemli ölçüde azalır.
• Kazı alanının çevresinde su sızdırmaz bir donmuş divar və ya perde meydana gelir.
• Yeraltı kazistilik daha kontrollü bdaxiliimde həqiqileştiriləbilir.

Metodin etimadliği, donmuş bölgələrin birbirine həqiqiten bağlanmasına və dizaynda istenen duvar qalınlığına ulaşmasına bağlıdır. Dondurma borularının çevresinde soğuk bölgələrin oluşması təkbaşına kifayətli deyil. Qonşu borular arasındakı isti bölgələrin ortadan kalkması, 0 °C izoterminin davamlı hâle gelmesi və gerekli qalınlığın bütün perde boyunca sağlanması lazımdır.

Donmuş pərdə bağlanmasını belirlemek neden zordur?

Saha uygulamalarında kapanış dəyərlendirmesi çoğunlukla izleme nöqtələrindəki temperaturlara, müəyyən temperatur eşiklerine, təcrübəsel sondajlara və ya hesablanan donmuş divar qalınlığına dayanır. Ancaq tək bir temperatur ölçməü, faz dəyişiminin hangi aşamada olduğunu her zaman izahz.

Örneğin bir monitorinq nöqtəsi təxminən 0 °C civarında uzun müddət kalabilir. Bu durum ilk bakışta dondurmanın ilərlemediği formasında yorumlanabilir. Həqiqite ise çevreden çekilən soğutma enerjisinin önemli bölməü temperaturu düşürmek əvəzinə maye suyun buza dönüşmesi sırasında açığa çıqan gizli istilikyı uzaklaştırmak üçün istifadə olunur.

Bu səbəbdən araşdırmada temperaturun yalnız ulaştığı dəyər değil, faz dəyişimi aralığında ne qədər müddət kaldığı da donmuş pərdə gelişiminin göstəricisi olaraq ele alınmıştır.

Gizli istilik temperatur platosunu necə təşkil edir?

Zəmin temperaturu təbiətl başlanğıc temperaturundan donma aralığına yaklaşirqen əvvəl hissedilən istilik uzaklaştırılır və temperatur hızla düşer. Gözenek suyu donmaya başladığında ise enerji dengesi dəyişir. Suyun maye fazdan katı faza gecmesi sırasında açığa çıqan gizli istiliknın da soğutma sistemi tarafından uzaklaştırılması lazımdır.

Bu müddətç üç əsas aşama meydana getirir:

1. Başlangıç soğuması: Temperatur hızlı düşer, hələ belirgin miktarda faz dəyişimi oluşmaz.
2. Faz dəyişimi və temperatur platosu: Temperatur təxminən −1 ilə 0 °C aralığında yavaş dəyişir; çekilən enerjinin önemli bölməü gizli istilikya harcanır.
3. Donma sonrası soğuma: Faz dəyişimi böyük ölçüde tamamlanınca temperatur yenidən daha hızlı düşer.

Plato tam olaraq üfüqi bir çizgi olmak zorunda deyil. Toprak su daxilieriği, donma nöqtəsi aralığı, boruya uzaklık və qonşu boruların etkisi səbəbiyle aşağı eğimli bir temperatur bölgesi bdaxiliiminde görülebilir.

İstilik ilətimi və faz dəyişimi necə modellenmiştir?

Topraktaki ilətimsel istilik axını Fourier qanunsıyla ifade edilmiştir:

\[ \mathbf{q}=-k\nabla T \]

• \(\mathbf{q}\): İstilik akistilik vektörü, W/m²,
• \(k\): Zəminin ısıl ilətkenliği, W/(m·K),
• \(\nabla T\): Temperatur gradyanı, K/m və ya °C/m.

Geçici istilik ilətimi və faz dəyişimi aşağıdakı enerji korunum tənliyiyle tərif edilmişdir:

\[ \rho C_p\frac{\partial T}{\partial t} = \nabla\cdot(k\nabla T)+S_i \]

• \(\rho\): Zəmin yoğunluğu, kg/m³,
• \(C_p\): Özgül istilik qabiliyyəti, J/(kg·K),
• \(S_i\): Su-buz faz dəyişiminden yaranan gizli istilik terimi.

Araşdırmada duyulur və gizli istilik, ümumi entalpiya içində birleştirilmiştir:

\[ H=C_pT+\phi L \]

• \(H\): Birim kütle başına ümumi entalpiya, J/kg,
• \(\phi\): Sıvı su nisbətı,
• \(L\): Su-buz faz dəyişiminin gizli istiliksı, J/kg.

Gizli istilik mənbə terimi ise:

\[ S_i=\rho L\frac{\partial\phi}{\partial t} \]

olaraq məlumatlmiştir. Bu yaklaşımda hareket eden buz-su həddinin her zaman addımında geometrik olaraq izlenmesi gerekmez. Sıvı nisbətındaki dəyişim, entalpiya və mənbə terimi aracılığıyla enerji tənliyine aktarılır.

D2Q5 Lattice Boltzmann modeli necə araşdırmaktadır?

Araşdırmacılar temperatur sahəsinı çözmek üçün iki ölçülu və beş ayrık hız yönüne sahip D2Q5 kafes yapısını kullanmıştır. Ayrık hızlar, bir durağan yön ilə dört eksen yönünden ibarətdir:

\[ \mathbf{e}_i= \begin{cases} (0,0), & i=0\\ c\left( \cos\left[\frac{(i-1)\pi}{2}\right], \sin\left[\frac{(i-1)\pi}{2}\right] \right), & i=1,2,3,4 \end{cases} \]

Temperatur dağılım fonksiyonunun çarpışma və yailma əməliyyati:

\[ f_i(\mathbf{x}+\mathbf{e}_i\Delta t,t+\Delta t)-f_i(\mathbf{x},t) = -\frac{1}{\tau} \left[ f_i(\mathbf{x},t)-f_i^{eq}(\mathbf{x},t) \right] +S_i \]

bdaxiliimindedir.

• \(f_i\): i yönündeki temperatur dağılım fonksiyonu,
• \(f_i^{eq}\): Denge dağılım fonksiyonu,
• \(\tau\): Gevşeme zamanı,
• \(S_i\): Kafes birimlerine dönüştürülmüş gizli istilik kaynağı.

Denge dağılım fonksiyonu:

\[ f_i^{eq}=\omega_iT \]

olaraq tərif edilmişdir. Gizli istilik etkisi ise:

\[ S_i=\omega_i\frac{\partial H}{\partial t} \]

ifadesiyle dağılım tənliyine eklenmiştir. PDF, sayısal uygulamada entalpiya dəyişiminin etkin həcmsel istilik qabiliyyətiyle normalize edilərek eşdəyər temperatur kaynağına dönüştürüldüğünü bildirir; lakin bu normalizasyonun bütün ayrıntıları və ya uygulama kodu məlumatlmemiştir.

Chapman-Enskog çox miqyaslı açılımıyla elde edilən makroskopik denklem:

\[ \frac{\partial T}{\partial t} = \alpha \left( \frac{\partial^2T}{\partial x^2} + \frac{\partial^2T}{\partial y^2} \right) +S_i \]

və istilik yayınımı əmsalsı ilişkisi:

\[ \alpha=c_s^2(\tau-0.5)\Delta t \]

şeklindedir. D2Q5 modeli üçün \(c_s^2=0.5\) kabul edilmiştir.

Modelde hangi fiziksel fərziyyəlar istifadə edilmişdir?

Hesaplama xərcini azaltmak üçün aşağıdakı fərziyyəlar aparılmışdır:

• Zəmin homogen və izotroptir.
• Isıl özellikler hesab alanı içində uzamsal olaraq düzgündür.
• Yeraltı suyu sızıntistilik və nem göçü ihmal edilmiştir.
• İstilik akkənd təsərrüfatıının əsas olaraq ilətimle həqiqileştiği kabul edilmiştir.
• Dondurma borusu səth temperaturu müddətç boyunca sabittir.
• Isıl ilətkenlik, sıxlıq və özgül istilik her hesab aşamasında sabit kabul edilmiştir.
• Sprompt, boruların enkəsikt düzleminde iki ölçülu olaraq modellenmiştir.

Bu fərziyyəlar modeli uygulanabilir hâle getirmekle birlikte həqiqi sahadaki tabaka dəyişimleri, boru eksenindeki üç ölçülu etkilər, yeraltı su taşınımı, don qabarması, gərilmə dəyişimleri və qətitili soğutma davranışını xariciarıda bırakmaktadır.

Hesap alanı və sərhəd koşulları necə tərif edilmişdir?

PDF’nin metod bölməünde əvvəl 5 × 5 m’lik iki ölçülu bir alan və xarici kenarlarda sabit temperatur sərhədlərı tanımlanmaktadır. Daha sonraki başlanğıc və sərhəd koşulları bölməünde ise 15 × 15 m alanın xarici kenarları adiabatik olaraq məlumatlmiştir:

\[ \frac{\partial T}{\partial n}=0 \]

İdealize çoxborulu nümunəte ayrıca 9 × 9 m alan istifadə edilmişdir. Bunların ayrı senaryolara ait olması mümkündür; ancaq PDF hangi nəticəta hangi xarici sərhədın kullanıldığını bütün durumlar üçün sistematik bdaxiliimde eşleştirmemektedir.

Kunming saha düzgünlamasında başlanğıc zəmin temperaturu 15 °C, dondurma borusu səth temperaturu −25 °C olaraq alınmıştır. İdealize tek, cütlük və çoxlu boru təhlillerinin önemli bölməünde boru temperaturu −30 °C’dir.

Ağ müstəqillığı incelemesi ne göstərir?

PDF’nin 7. səhifəsındaki Şəkil 1’de dört ağ çözünürlüğü qarşılaştırılmıştır:

Mesh-3 ilə Mesh-4 arasındakı bağlanma müddəti fərqı %1’in altında kaldığından 56.000 hüceyrəli Mesh-3 seçilmiştir. Grafikte bir günlük fiziksel müddətnin hesablanması üçün gereken CPU zamanının təxminən 3,2 × 10² saniyeden 4,8 × 10³ saniyeye yüksəldiği görülmektedir.

Bununla belə saha düzgünlama modeli, boruların yakınında 0,05 m və uzak bölgələrde 0,2 m hüceyrə böyüklüğü bulunan təxminən 25.000 hüceyrəli fərqli bir düzensiz ağ kullanmaktadır. Bu ikinci ağ üçün daha çox inceltmenin nəticələrı %1’den az dəyiştirdiği belirtilmiş, ancaq iki ağ müstəqillığı araşdırmasının birbirine necə bağlandığı ayrıntılı olaraq izah edilməmişdir.

Tek borulu dondurmada temperatur sahəsi necə gelişmiştir?

Tek borulu modelde 108 mm xarici çaplı və 8 mm et qalınlıqlı çelik boru −30 °C’de 25 gün boyunca çalıştırılmıştır. PDF’nin 9. səhifəsındaki temperatur konturları təxminən eş merkezli halkalar göstərir.

Donmuş bölge zamanla genişlemekte, lakin istilik akkənd təsərrüfatı uzaklığının büyümesi və faz dəyişimi gizli istiliksı səbəbiyle ilərleme hızı giderek azalır.

Aynı səhifədaki tepki grafiğinde ise 0 °C ilə tanımlandığı belirtilən buz cephesi üçün 10 günde 0,73 m və 25 günde 1,15 m dəyərleri gösterilmektedir. Bu iki dəyər arasındakı artım təxminən %57,5’tir; metinde yazılan %73 artımla və 25 günlük təxminən 2,1 m dəyəriyle uyğun deyil. Bu səbəbdən tək borulu yarıçap nəticələrı yayımdan əvvəl yazarların hesab dosyaları üzərindən düzgünlanmalıdır.

Boru temperaturu və zəmin ilətkenliği donma yarıçapını necə etkiləmektedir?

Kontrol dəyişkeni təhlilinde referans koşul 25 gün, −30 °C boru temperaturu və 1,25 W/(m·K) zəmin ısıl ilətkenliğidir.

• Boru temperaturu −20 °C’den −40 °C’ye düşürüldüğünde 25 günlük donma yarıçapının təxminən 1,8 m’den 2,4 m’ye yüksəldiği bildirilmişdir.
• Boru temperaturu üçün normalize duyarlılık əmsalsı 0,82’dir.
• Isıl ilətkenlik 1,0’dan 1,5 W/(m·K)’ye yüksəldikdə yarıçap təxminən 1,9 m’den 2,3 m’ye çıkmıştır.
• Isıl ilətkenlik üçün duyarlılık əmsalsı 0,48’dir.

Araşdırmanın yorumuna görə incelenen aralıkta boru temperaturu, tək borulu donma yarıçapı üzərində ısıl ilətkenlikten daha güclü etkiye sahiptir. Ancaq ilgili Şəkil 3’ün üfüqi və şaquli ölçekleri metindeki dəyərlerle tam örtüşmediğinden bu nəticələrın eğilim səviyyəsinde okunması daha etimadlidir.

Çift borulu dondurmada soğuk enerji necə birleşmektedir?

Çift borulu modelde borular arasındakı mesafe 1,5 m və boru temperaturu −30 °C’dir. İlk gün iki boru çevresindeki temperatur alanları təxminən müstəqildır. Dördüncü günde borular arasındakı izotermler şəkil dəyiştirmeye başlar. Yirmi beşinci günde iki boruyu çevreleyen eliptik bir donmuş bölge yaranır.

Araşdırmada 25 gün üçün:

• Borular arasındakı merkez temperaturu təxminən −12,8 °C,
• Donmuş bölgenin en böyük uzunluğu təxminən 3,5 m,
• En böyük genişliği təxminən 2,2 m olaraq bildirilmişdir.

Bu nəticə, cütlük borulu alanın iki tekil temperatur sahəsinın yalnız geometrik ümumiından oluşmadığını; borular arasında belirgin bir soğuk enerji birikimi meydana geldiğini göstərir.

Çift boru arasındakı temperatur platosu nerede ibarətdir?

İki boru çevresinde üç temsilî nokta istifadə edilmişdir:

B nöqtəsi her iki borudan gelen soğutmanın etkisindedir. Burada daha geniş bir zəmin hacmi faz dəyişimine girdiği üçün gizli istilik salımı belirginleşmiş və temperatur təxminən −1 ilə 0 °C yakınında bir müddət yavaş dəyişmiştir. Araşdırmanın metni plato aralığını təxminən 10-15 gün olaraq məlumatrken Şəkil 5 üzərindəki kölgəlendirme təxminən 7-12 gün aralığını göstərir.

Çoklu borulu donmuş pərdə necə gelişmiştir?

İdealize çoxlu boru modelinde 12 dondurma borusu, 9 × 9 m’lik alanın mərkəzindeki açıqlığın çevresine halka bdaxiliiminde yerleştirilmiştir. Borular arası mesafe 1,5 m, xarici çap 108 mm və boru temperaturu −30 °C’dir.

Yirmi beşinci günde elde edilən donmuş pərdənin qalınlığı təxminən 1,3 m, orta temperaturu təxminən −11,2 °C olaraq məlumatlmiştir. PDF’nin 12. səhifəsındaki temperatur xəritələrında ayrı boru halkalarının zamanla birleşerek açıqlığı çevreleyen fasiləsiz bir aşağı temperatur bölgesine dönüştüğü görülmektedir.

Perdenin daxili və xarici tarafı neden fərqli davranmaktadır?

İç taraftaki zəmin düğümleri birden çox borunun soğutma etkisinin eyni bölgede birleşmesinden etkilənmektedir. Dış tarafta ise soğuk enerji daha geniş zəmine yailır. Araşdırmada bildirilən dəyərler belədir:

İç taraftaki platonun təxminən 12 gün, xarici taraftaki platonun təxminən 4-6 gün sürdüğü qeyd edilmişdir. Bununla belə platonun 20. günde başladığı və 12 gün sürdüğü ifadesi, eyni noktanın 25. günde −18,5 °C’ye düştüğü biliksiyle zaman qayğıından tam olaraq bağdaşmamaktadır. Plato başlanğıc zamanı və ya “20. günde plato içində bulunma” ifadesinin açıqlığa kavuşturulması lazımdır.

Boşluklar və özel jeolojik koşullar sonucu necə dəyiştirebilir?

Araşdırma, kapalı yeraltı boşluqlarının etkisini əvvəlki simülasyonlara dayanarak tartımmaktadır. Dondurma boruları boşluğun xariciında olduğunda boşluğun yalıtıcı etkisi müəyyən bölgələrde soğuk enerjinin birikmesine neden ola bilər. Borular boşluğun içində olduğunda ise boşluğu kesen fərqli düzgünltulardaki donmuş divar qalınlıqları arasında 0,8 m’yi aşan fərqlar oluşabiləceği qeyd edilmişdir.

Bu dəyərlendirme, boşluk, fay və ya belirgin tabaka dəyişimi bulunan sahalarda homogen zəmin modelinin kifayətli olmayabiləceğini göstərir. Ancaq PDF’de bu özel durumlar üçün yeni bir təcrübə, ayrıntılı geometri və ya müstəqil nəticə tablosu sunulmamıştır.

Kunming metro əlaqə gecidi necə düzenlenmiştir?

Model, Kunming’deki bir metro əlaqə gecidi projesiyle qarşılaştırılmıştır. Zəmin lilli gil olaraq tərif edilmişdir.

Dört halka üzərində ümumi 16 temperatur monitorinq nöqtəsi kurulmuştur. Noktalar boru halkasının xarici tarafında 0,3, 0,6, 0,9 və 1,2 m uzaklıklardadır. Her uzaklıkta dört fərqli düzgünltuda sensör istifadə edilmişdir.

Şəkil 9’da əlaqə gecidinin təxminən 2,50 m genişliğinde və 2,75 m yüksəkliğinde olduğu, boruların merkezden təxminən 4,5 m yarıçapta yerleştirildiği gösterilmektedir. Aynı şəkilde dondurma borusu halkasının xarici çapı 13,0 m olaraq etiketlenmiştir. 4,5 m yarıçap ilə 13,0 m çap etiketi geometrik olaraq birbirine uymamaktadır və şəkil ölçülerinin düzgünlanması lazımdır.

Doğrulama modelindeki zəmin özellikleri nelerdir?

Faz dəyişimi aralığındaki dəyərler düzgünsal enterpolasyonla dəyiştirilmiştir. Saha modelinde boru səth temperaturu −25 °C, soğutma qabiliyyəti 120 kW, duzlu məhlul dövran debisi 80 m³/saat və sayısal zaman addımı 0,1 saniyedir. Toplam 45 gün simüle edilmiş və temperatur alanları günlük aralıklarla kaydedilmiştir.

Yirmi beşinci gündeki temperatur sahəsi sahayla ne qədər uyuşmuştur?

PDF’nin 15. səhifəsındaki Şəkil 10, 25. gündeki sayısal temperatur sahəsinı saha sensörlerinden enterpole edilən alanla müqayisəktadır.

Boru halkasına 0,3 m uzaklıktaki bölgede hata təxminən %2,2, xarici donmuş pərdə sərhədındaki 1,2 m uzaklıkta ise təxminən %5,9 olaraq məlumatlmiştir. Model, genel izoterm bdaxiliimini və aşağı temperatur çekirdeğini yenidən üretse de saha xəritəsında müəyyən yönlerde daha güclü və daha zəif yerli soğuma bölgələri görülmektedir. Araşdırmacılar bu fərqı zəmin heterogenliği və model fərziyyəlarıyla ilişkiləndirmektedir.

İzleme noktalarının temperatur eğriləri ne göstərir?

T2, T6, T10 və T14 noktaları boru halkasından sırasıyla 0,3, 0,6, 0,9 və 1,2 m uzaktadır. PDF’nin 16. səhifəsındaki grafiklerde model və saha ölçməü üç aşamalı gelişimi birlikte göstərir.

Mətnde T6 nöqtəsinın −1 ilə 0 °C aralığında təxminən sekiz gün kaldığı yazılmıştır; şəkil üzərindəki izahda ise təxminən 10 gün belirtilmektedir. Bu, plato müddətinin başlanğıc və bitişinin hangi temperatur və ya eğim ölçütüyle belirlendiğinin yeterince açıq tanımlanmadığını göstərir.

Başlangıç aşamasında T2 üçün simülasyon təxminən −5,8 °C, ölçmə −5,5 °C vermiştir. Geç aşamada T2 üçün metin simülasyonu −14,5 °C, ölçməü −14,1 °C olaraq bildirmektedir. Şəkil üzərindəki 28. gün etiketi ise bu dəyərleri ters sırayla təxminən −14,1 və −14,5 °C göstərir. Yönü küçük olsa da bu etiket-metni uyumsuzluğu yayımdan əvvəl kontrol edilmelidir.

Donmuş divar qalınlığı və orta temperatur ne zaman dizayn sərhədına ulaşmıştır?

Bu nəticələr modelin dizayn göstəricilərine ulaşma zamanını birkaç günlük fərqla öngördüğünü göstərir. Buna qarşılık idealize 12 borulu modelde bildirilən təxminən 25 günlük bağlanma ilə saha projesinin 40-45 günlük dizayn eşiği eyni koşulu temsil etmemektedir. Boru sayısı, aralık, saha geometrisi, başlanğıc temperaturu, boru temperaturu və dəyərlendirme ölçütleri fərqlidır.

Gizli istilik ihmal edildiğinde nəticə ne qədər dəyişmektedir?

Araşdırmada diğer bütün koşulların eyni tutulduğu iki müqayisəlı durum yaradılmışdır:

• Durum A: Yalnızca istilik ilətimi; gizli istilik yok.
• Durum B: Entalpi metodiyle su-buz faz dəyişimi və gizli istilik var.

Gizli istiliknın ihmal edilmesi 20. gündeki qalınlığı təxminən %14,4 yüksək göstərmişdir. Mühendislik baxımından bu fərq əhəmiyyətlidir; çünki faz dəyişimini hesaba katmayan bir hesab, perdenin həqiqite oluşmasından əvvəl kapandığı sonucuna varabilir.

Donmuş pərdə bağlanma müddəti üçün hangi denklem önerilmiştir?

Araşdırma, bağlanma müddətinin boru geometrisi, temperatur fərqı, zəmin özellikleri və etkin soğutma gücüyle ilişkisini aşağıdakı genel fonksiyonla ifade etmiştir:

\[ t_c=f(S,\Delta T,f_\omega,k,C_p,r,d,q_{\mathrm{eff}},L) \]

Pratik proqnoz tənliyi ise:

\[ t_c= \delta \left[ \frac{\rho SrdC_p\Delta T}{q_{\mathrm{eff}}} \right] \left[ 1+ \beta \frac{f_\omega L}{C_p\Delta T} \right] \]

şeklindedir.

• \(t_c\): Donmuş pərdə bağlanma müddəti,
• \(\delta\): Kapsamlı düzeltme əmsalsı, 0,62,
• \(\rho\): Zəmin yoğunluğu, kg/m³,
• \(S\): Dondurma boruları arasındakı mesafe, m,
• \(r\): Yapay dondurma etki yarıçapı, m,
• \(d\): Birim donmuş divar qalınlığı, m,
• \(C_p\): Zəmin özgül ısısı, J/(kg·K),
• \(\Delta T\): Dondurma temperatur fərqı, K və ya °C,
• \(q_{\mathrm{eff}}\): Yerel etkin soğutma gücü, W,
• \(\beta\): Gizli istilik etki əmsalsı, 0,85,
• \(f_\omega\): Zəmin su daxilieriği faktorü,
• \(L\): Su-buz faz dəyişimi gizli istiliksı, J/kg.

İkinci parantezis gizli istilik gecikməsini temsil etmektedir. \(q_{\mathrm{eff}}\), soğutma istasyonunun 120 kW kimi ümumi nominal gücü deyil. İstilik itkiları, boru etkiləşimi və yerli istilik akkənd təsərrüfatıı sonrasında donma cephesine etkili olan yerli güctür. Araşdırma bu dəyərin tipik əlaqə gecidi uygulamalarında birkaç yüz watt ilə təxminən 1-2 kW arasında olabiləceğini bildirir.

Mevcut proje üçün denklem təxminən 23,7 günlük bağlanma müddəti üretmiştir. Bu dəyər idealize bağlanma dövrine yakındır; ancaq saha projesinin 1,2 m qalınlıq və −10 °C orta temperatur koşullarına eriştiği 40-45 günlük müddətyle eyni mühendislik göstəricisi deyil.

Kapanma müddəti modeli necə sınanmıştır?

Doğrulanmış LBMT modeli kullanılarak 36 sayısal senaryo üretilmiştir. Değiştirilən parametreler:

• Boru aralığı: 0,8-1,5 m,
• Boru temperaturu: −20 ilə −35 °C,
• Isıl ilətkenlik: 1,0-2,3 W/(m·K),
• Su daxilieriği faktorü: 0,22-0,35,
• Donmuş divar qalınlığı: 1,0-1,5 m.

Bu nəticələr proqnoz tənliyinin özsini üreten LBMT senaryolarını iyi yakaladığını göstərir. Bununla belə bu, 36 müstəqil saha projesiyle yapılmış xarici düzgünlama deyil. Proqnoz tənliyi və müqayisə məlumatleri eyni sayısal modelleme çərçivəsinden türetilmiştir.

Kapanma müddətini en çox hangi parametreler etkiləmiştir?

İncelenen aralıklarda en güclü etki borular arasındakı mesafeden gelmiştir. Boru aralığının büyümesi, qonşu donma cephelerinin birleşmek üçün daha çox mesafe katetmesini gerektirir. Boru temperaturu ikinci, zəmin ilətkenliği üçüncü sıradadır. Duyarlılık sıralaması yalnız araşdırmada istifadə olunan parametre aralıkları üçün gecerlidir.

Temperatur platosuna dayalı bağlanma əmsalsı nədir?

Araşdırmacılar plato müddətini ümumi dondurma müddətiyle normalize etmiştir:

\[ \eta=\frac{t_p}{t_c} \]

• \(t_p\): İzleme nöqtəsindaki temperatur platosunun müddəti,
• \(t_c\): İncelenen ümumi dondurma və ya bağlanma müddəti.

Sayısal nəticələrda daxili və ya borular arası izleme bölgesinde \(\eta\geq0.40\) olduğunda donmuş pərdənin kapanışa yaklaşma olasılığının hızla yüksəldiği bildirilmişdir. Kapanış nümunəlerinin böyük bölməünün \(\eta=0.35-0.45\) aralığında yoğunlaştığı qeyd edilmişdir.

Bu dəyər mutlak və bütün projeler üçün dəyişmez bir sərhəd olaraq sunulmamalıdır. PDF’nin öz yorumu da 0,40 dəyərini statistik bir geciş bölgesi olaraq tərif edir.

Stefan ədədi temperatur platosuyla necə ilişkiləndirilmiştir?

Duyulur ısının gizli istilikya görə önemini ifade etmek üçün Stefan ədədi istifadə edilmişdir:

\[ Ste=\frac{C_p\Delta T}{L} \]

Küçük Stefan ədədi, gizli istiliknın ümumi enerji müddətcindeki öneminin daha yüksək olduğunu göstərir. Araşdırmanın Şəkil 15’inde Stefan ədədi küçüldükçe plato müddəti əmsalsı \(\eta\) büyümektedir. Yani gizli istilik hâkimiyeti güclendikçe temperaturun faz dəyişimi aralığında kaldığı göreli müddət uzamaktadır.

Aynı şəkilde logistik bdaxiliimli bağlanma eğrisi, \(\eta\) təxminən 0,40 civarında bağlanma olasılığının hızla yüksəldiğini göstərir. Ancaq PDF, logistik modelin əmsallarını, olay sayısını, etimad aralığını və ya sınıflandırma performansını ayrıntılı bdaxiliimde vermemektedir.

\(\eta\) əmsalsı sahada təkbaşına istifadə oluna bilən mi?

Hayır. Araşdırmanın nəticə bölməüne görə \(\eta\geq0.40\) koşulu aşağıdakı göstəricilərle birlikte qiymətləndirilməlidir:

• İç və ya borular arası kritik izleme nöqtələrində kifayətli plato müddəti,
• 0 °C izoterminin bütün boru halkası boyunca davamlı hâle gelmesi,
• Donmuş divar qalınlığının dizayn dəyərine yaklaşması,
• Orta donmuş divar temperaturunın dizayn koşulunu qarşılaması,
• Yerel zəif soğuma bölgələrinin bulunmaması.

Plato müddəti, faz dəyişiminin gelişimini gösteren yardımcı bir mühendislik göstəricisidir; mexaniki dayanım, gecirgenlik və ya kazı etimadliğinin birbaşa ölçməü deyil.

Araşdırmanın önerdiği saha uygulamaları nelerdir?

Modelin iş projesinde aşağıdakı müəssisə önerilərini ürettiği bildirilmişdir:

• Başlangıçta 30 gün olaraq planlanan deneme kazısının 25. güne alınabiləceği öngörülmüşdür.
• T3 nöqtəsindaki yetərsiz soğuma üçün yerli boru debisinin 80’den 100 m³/saat səviyyəsine çıkarılması önerilmiştir.
• Bu dəyişiklikle yerli temperaturun −7,8 °C’den −10,5 °C’ye düşeceği hesablanmışdır.
• Təxminən 1,2 m uzaktaki yeraltı borularında temperaturun 3 °C’ye düşebiləceği öngörülmüşdür.
• Yalıtım sonrasında saha temperaturunın 5 °C üzərində kaldığı və don qabarması hasarı görülmediği qeyd edilmişdir.
• Soğutma qabiliyyəti ayarıyla günlük enerji kullanımının 120 kW·h/gün’den 105 kW·h/gün’e düşürüldüğü və təxminən %12,5 azalma sağlandığı bildirilmişdir.

Bu uygulama nəticələrı diqqətle yorumlanmalıdır. Dizayn qalınlığının sahada 45. günde, orta −10 °C koşulunun ise 40. günde sağlandığı belirtilirken deneme kazısının 25. güne alınması ayrı bir etimadlik dəyərlendirmesi gerektirir. PDF, 25. gündeki mexaniki dayanım, gecirgenlik, etimadlik əmsalsı və ya kazı sonrası davranış nəticələrını vermemektedir.

Ayrıca günlük enerji üçün istifadə olunan kW·h/gün birimi, eyni araşdırmada məlumatlen 120 kW soğutma qabiliyyətiyle asanlıqla karıştırılabilmektedir. Həqiqi günlük istehlakın, orta gücün və ya yalnız müəyyən bir yardımcı ekipmanın enerjisinin kastedilip kastedilmediği izah edilməmişdir.

Araşdırmanın desteklediği nəticələr nelerdir?

• Gizli istilik, süni zəmin dondurmanın orta aşamasındaki temperatur gelişimini belirgin bdaxiliimde dəyiştirmektedir.
• Gizli istilik hesaba katılmadığında donmuş divar gelişimi çox və bağlanma müddəti kısa proqnoz ediləbilir.
• Qonşu borular arasındakı noktalar, xarici taraftaki noktalardan daha belirgin temperatur platosu gösterebilir.
• Çoklu boru sisteminde daxili və xarici tarafın temperatur gelişimi eyni deyil.
• Entalpi əsaslı LBMT, Kunming iş alanındaki genel temperatur sahəsinı və izleme eğrilərini birkaç derecenin altında hata səviyyəsiyle təxminən olaraq yenidən üretebilmiştir.
• Boru aralığı və boru temperaturu, incelenen aralıklarda bağlanma müddətinin en etkili dəyişkenleri arasındadır.
• Plato müddəti, davamlı izoterm və duvar qalınlığıyla birlikte kullanıldığında bağlanma dəyərlendirmesine ek bilik sağlayabilir.

Araşdırma neyi sübut etmir?

• \(\eta=0.40\) dəyərinin bütün zəminlerde və bütün dondurma projelerinde gecerli evrensel bir eşik olduğunu sübut etmir.
• Plato əmsalsını çox sayıda müstəqil saha projesi üzərində düzgünlamamaktadır.
• Donmuş zəminin mexaniki dayanımını və ya su gecirgenliğini birbaşa hesablamamaktadır.
• Yeraltı suyu akışının bağlanma müddəti üzərindəki etkisini incelememektedir.
• Don kabarması, gərilmə, deformasyon və ya çevre yapılardaki hareketleri çözmemektedir.
• İki ölçülu modelin boru boyunca üç ölçülu bütün etkiləri temsil ettiğini göstərmir.
• 25. günde kazının her koşulda etimadle başlatılabiləceğini göstərmir.
• Modelin fərqli şehirlerdeki kum, çakıl, çatlak kaya və ya yüksək akışlı akiferlerde eyni dəqiqlikla çalışacağını sübut etmir.

Araşdırmanın güclü tərəfləri nelerdir?

Araşdırmanın önemli yönlerinden biri, gizli istilikyı yalnız nəzəriyyək bir düzeltme olaraq eklememesi; gizli istilik bulunan və bulunmayan modelleri eyni koşullarda müqayisəsıdır. Böylece faz dəyişiminin 20. gündeki duvar qalınlığına və bağlanma zamanına etkisi birbaşa göstərilmişdir.

Tek borudan cütlük boruya, ardından çoxborulu perdeye gecilmesi, borular arası soğuk enerji etkiləşiminin kademeli olaraq açıqlanmasını sağlamaktadır. Temperatur alanlarının yanında müəyyən izleme noktalarının zaman serilərinin dəyərlendirilmesi, platonun yalnız görsel bir izoterm özelliği olmadığını göstərir.

Saha temperaturlarının modele eklenmesi de önemli bir güclü yöndür. Model, yalnız başka bir sayısal metodle değil, 16 monitorinq nöqtəsindan elde edilən temperaturlar və donmuş divar gelişimiyle qarşılaştırılmıştır.

Araşdırmanın əsas məhdudlıkları nelerdir?

• Araşdırma hüquqem dəyərlendirmesinden gecmemiş bir preprinttir.
• Zəmin homogen və izotrop kabul edilmiştir.
• Yeraltı suyu sızıntistilik və nem göçü ihmal edilmiştir.
• Don kabarması və mexaniki gərilməler modele dâhil edilmemiştir.
• Model iki ölçüludur.
• Boru səth temperaturu sabit kabul edilmiştir.
• Faz dəyişimi bölgesindeki qələviı özellikler düzgünsal enterpolasyonla belirlenmiştir.
• Hesap alanı və xarici sərhəd koşulları fərqli bölməlerde tutarlı bdaxiliimde tanımlanmamıştır.
• 56.000 hüceyrəli ağ müstəqillığı sonucu ilə 25.000 hüceyrəli saha ağı arasındakı ilişki izah edilməmişdir.
• Tek borulu donma yarıçapına ilişkin metin və grafik dəyərleri çelişmektedir.
• Çoklu boru daxili tarafındaki plato başlangıcı, müddəti və 25. gün temperaturu arasında zaman uyumsuzluğu vardır.
• T6 plato müddəti metinde təxminən sekiz, şəkilde təxminən 10 gün məlumatlmiştir.
• Kapanma tənliyindeki 36 düzgünlama örneği müstəqil saha məlumatleri değil, LBMT ilə istehsal olunan sayısal işlardır.
• Lojistik bağlanma təhlilinin əmsalları və etimad aralıkları məlumatlmemiştir.
• Deneme kazısının 25. güne alınması önerisi ayrıntılı mexaniki etimadlik təhliliyle desteklenmemiştir.
• Günlük enerji istehlakı üçün məlumatlen birimin kapsamı izah edilməmişdir.
• Ham saha məlumatleri və uygulama kodu paylaşılmamıştır.

Geçmiş, bu gün və gələcək baxımından araşdırma ne ifade etmektedir?

Süni zəmin dondurma təhlilleri gecmişte çoğunlukla müəyyən günlerdeki temperatur dağılımı, 0 °C izotermi və ya donmuş divar qalınlığına odaklanmıştır. Bu araşdırma, temperatur-zaman eğrisinin faz dəyişimi sırasında sergilədiği aşağı eğimli bölgeyi ayrı bir mühendislik sinyaline dönüştürmeye araşdırmaktadır.

Bugünkü katkısı, gizli istilik kontrollü temperatur platosunu borular arası birleşme və pərdə bağlanmasıyla ilişkiləndirmesidir. İzleme sistemlerinde zaten kaydedilən temperatur məlumatlerinden ek bir göstərici türetiləbildiği üçün yaklaşımın yeni bir sensör türü gerektirmemesi pratik bir avantajdır.

Gelecekte plato ölçütünün fərqli zəminlerde, fərqli boru aralıklarında və həqiqi bağlanma olayları bulunan müstəqil projelerde düzgünlanması lazımdır. Yeraltı suyu akışı, nem göçü, don qabarması və gərilmə alanı birlikte çözüldüğünde modelin su daşıyan heterogen zəminlere uygulanabilirliği daha iyi dəyərlendiriləbilir. Saha sensörleri ilə modelin həqiqi zamanlı güncellenmesi de olası bir gelişim alanıdır; ancaq bu kapalı dövr sistem mövcud araşdırmada tətbiq edilməmişdir.

Araşdırmanın Metodi və Nəticələrı

Teknik metod özeti

Ana termal və mühendislik nəticələrı

Kapanma proqnoz modelinin nəticələrı

Şəkil və tabloların elmi mesajı

• Şəkil 1: 21.000-81.000 hüceyrə aralığında temperatur əyrisi, bağlanma zamanı və hesablama xərcinin yakınsamasını göstərir.
• Şəkil 2: Tek boru çevresindeki temperatur halkalarının 4, 12 və 25 gün boyunca büyümesini göstərir.
• Şəkil 3: Donma müddəti, boru temperaturu və zəmin ilətkenliğinin donma yarıçapına etkisini sunmakta; ancaq grafik və metin dəyərleri arasında tutarsızlık mövcuddur.
• Şəkil 4: İki borunun müstəqil temperatur alanlarının zamanla birleşerek eliptik bir donmuş bölge oluşturmasını göstərir.
• Şəkil 5: Borular arasındakı orta noktanın xarici noktalardan fərqli olaraq belirgin temperatur platosu sergilədiğini göstərir.
• Şəkil 6: 12 borulu sistemin 1, 10 və 25. günlerde müstəqil donmuş halkalardan davamlı perdeye gecişini göstərir.
• Şəkil 7-8: Çoklu boru alanında zamana və borulara uzaklığa görə temperatur dəyişimini göstərir.
• Şəkil 9: Kunming əlaqə gecidindeki 20 boruyu və dört uzaklıktaki 16 temperatur sensörünü göstərir.
• Şəkil 10: 25. gündeki model temperatur sahəsinı saha ölçməlerinden enterpole edilən temperatur sahəsiyla müqayisəktadır.
• Şəkil 11: T2, T6, T10 və T14 nöqtələrində başlanğıc soğuması, temperatur platosu və donma sonrası soğumayı göstərir.
• Şəkil 12: 1,2 m duvar qalınlığı ilə −10 °C orta istilığa erişme zamanlarını model və saha üçün müqayisəktadır.
• Şəkil 13: Proqnoz edilən və sayısal bağlanma müddətlerinin 1:1 çizgisine yakınlığını, artık dağılımını və duyarlılık nəticələrını göstərir.
• Şəkil 14: Boru aralığının bağlanma zamanı üzərindəki en güclü dəyişken olduğunu göstərir.
• Şəkil 15: Stefan ədədi ilə plato əmsalsının ters ilişkisini və təxminən \(\eta=0.40\) civarındaki logistik bağlanma gecişini göstərir.
• Cədvəl 1: Donmamış, faz dəyiştiren və donmuş lilli gilin termofiziksel özelliklerini vermektedir.
• Cədvəl 2: Kapanma müddəti proqnoz tənliyindeki sembolleri və birimleri izahktadır.

Mənbə və Metod Notu

Araşdırmanın tam orijinal adı: Temperature-Plateau-Based Identification of Frozen Curtain Closure in Artificial Ground Freezing Using Enthalpy-Based Lattice Boltzmann Modelling and Field Monitoring

PDF’deki yazarlar və sıraları: Chaofu Liu; Yan Zhao; Cong Shen; HuiHui Zhou; Lina Wan; Hen Yan

Eş birinci yazar və ya ortaq töhfə: PDF’de ortaq birinci müəlliflık və ya ortaq töhfə beyanı yoxdur.

PDF’deki sualmlu yazarlar: Yan Zhao və Cong Shen

Sorumlu yazar e-postaları: zhaoyan123@ynau.edu.cn; atcom@163.com

Qurumsal əlaqəlar:

1. College of Architecture and Engineering, Yunnan Agricultural University, Kunming 650011, China
2. Kunming Survey & Design Institute of State Forestry Administration
3. Yunnan New Innovative Transportation Construction Co., Ltd.

Bibliyografik uyumsuzluk: SSRN kaydı yazarları Chaofu Liu, Yan Zhao, Cong Shen, LiNa Wang, HuiHui Zhou və Hen Yan bdaxiliiminde listelerkən PDF, dördüncü sırada HuiHui Zhou və beşinci sırada Lina Wan adını vermektedir. SSRN Yan Zhao’yu əlaqə müəllifi olaraq göstərirken PDF hem Yan Zhao’yu hem Cong Shen’i sualmlu yazar olaraq işaretlemektedir. Yayımdan əvvəl düzgün ad, sıra və sualmlu yazarlık biliksinin araşdırmacılarla düzgünlanması lazımdır.

DOI: 10.2139/ssrn.6946404

Yayın platformu: SSRN

Resmî əlaqə:SSRN araşdırma səhifəsı

Yayın ilı: 2026

Kesin yükleme tarixi: Erişiləbilən rəsmi qeyd üzərindən qəti yükleme tarixi düzgünlanamamıştır.

Dergi və ya konferans: Bu sürüm üçün hüquqemli bir dergi və ya konferans yayını düzgünlanamamıştır.

Özgün hüquqemli yayınevi: Hüquqemli dergi yayınevi biliksi yoxdur. Araşdırma SSRN’de preprint olaraq sunulmuştur.

Mənbə türü: Entalpi əsaslı sayısal faz dəyişimi modellemesi, parametrik təhlil və saha temperaturlarıyla müqayisə ehtiva edən preprint araşdırma məqaləsi

Hüquqemlik durumu: Araşdırma hüquqem dəyərlendirmesinden gecmemiştir.

Yazar katkıları: Yüklenen PDF’de ayrıntılı CRediT və ya yazar katkistilik beyanı yoxdur.

Finansman: Yunnan Provincial Science and Technology Commissioner Fund, proje numarası 2025H0308; Yunnan Provincial Department of Education Fund, proje numarası S9012024083.

Çıkar çatışması: Yüklenen PDF’de ayrı bir maraqlar toqquşması beyanı yoxdur.

Veri və kod erişimi: Saha temperaturlarının və parametrik iş nəticələrının özetleri sunulmuş; ham sensör qeydları, sayısal model kodu və 36 işnın tam məlumat tablosu paylaşılmamıştır.

Bu Türkçe məqalə, yüklenen PDF’nin baş örtüyü və yazar səhifəsı, ana metni, bütün denklemleri, tabloları, temperatur konturları, saha yerleşim sxemsı, temperatur-zaman eğriləri, duvar gelişimi grafikleri, reqressiya nəticələrı və plato əmsalsı şəkilleri incelenerek hazırlanmıştır. PDF xariciında yeni bir bağlanma müddəti, saha uğursı, etimadlik eşiği və ya enerji yığımu iddiası eklenmemiştir.

Araşdırmadaki \(\eta\approx0.40\) dəyəri, müstəqil və çox merkezli saha düzgünlaması yapılmış mutlak bir etimadlik standardı deyil. Kriter, ağırlıklı olaraq eyni entalpiya-LBMT çərçivəsiyle yaradılan sayısal işlardan türetilmiştir. Araşdırmanın nəticə bölməünde de belirtildiği üzəre davamlı 0 °C izotermi və dizayna yaklaşan donmuş divar qalınlığıyla birlikte qiymətləndirilməlidir.

Metod bölməünde hesab alanı, xarici sərhəd koşulları və ağ böyüklüğü üçün birbiriyle tam uyğun olmayan izahlar mövcuddur. Tek boru yarıçapı, qələviı plato müddətleri, saha geometrisi və uygulama enerji birimleri baxımından da metin-şəkil fərqlilıkları vardır. Bu alanların yayımdan və ya mühendislik kullanımından əvvəl araşdırmacılar tarafından düzeltilmesi lazımdır.

Model yeraltı su akışını, nem göçünü, don qabarmasını və gərilmə alanını ihmal etmektedir. Bu səbəbdən özellikle yüksək sızıntı hızına, heterogen tabakalara, boşluklara və ya faylara sahip projelerde nəticələr birbaşa dizayn qərarı olaraq kullanılmamalıdır.

Bu araşdırma hüquqem dəyərlendirmesinden gecmemiş bir preprinttir; mühendislik və kazı etimadliğine ilişkin nəticələrı bu məhdudlık diqqəte alınarak okunmalıdır.