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日志

热棒

已有 373 次阅读2015-6-10 12:24 |系统分类:地理新闻

热棒

据了解,热棒是一种由碳素无缝钢管制成的高效热导装置,5米埋入地下,地面露出2米。具有独特的单向传热性能:热量只能从地面下端向地面上端传输,反向不能传热。在冬季,热管内工作介质由液态变为气态,带走管内热量;在暖季,热棒则停止工作。独特的冷却地温的作用使热棒堪称“魔棒”。

热棒的结构大致为一个密闭空心长棒,内装有一些液氨,液氨沸点较低,在冬季土中热量使该液体蒸发,到顶部,通过散热片将热量传导给空气,冷却后又液化回到下部,保持冻土冷冻状态不松软。在夏季,液体全部变成气体,气体对流很小,热量向底部传导很慢。

中圣研制开发了中国人自己的冻土治理技术——低温热棒,成功解决了40多年来一直困扰中国科学家和青藏铁路建设者的重大技术难题——青藏铁路路基多年冻土层夏季融沉、冬季冻胀的不稳定问题。该产品获得了中国科学院和青藏铁路专家组的充分肯定,被指定为青藏铁路冻害处理的唯一技术储备。我公司是全国交通工程设施标准化技术委员会热棒工作组承担单位,组织起草热棒国家标准。公司制定的热棒标准获得“中国标准创新贡献奖”。

热棒上部(放热段)装有散热片,热棒的下部(吸热段)直接埋入多年冻土中。针对青藏铁路多年冻土区的冻土层,在相当长的时间段,环境温度低于热棒吸热段周围冻土层温度,热棒中的液体工质吸收冻土中的热量,蒸发成汽体;蒸汽在管内压差的驱动下,沿热棒中心通道向上流动至热棒上部,遇到较冷的管壁后,放出汽化潜热,冷凝成液体,在重力作用下,沿管壁流回吸热段再蒸发。如此循环往复,把自然界大气中的冷量源源不断地传输到地基冻土中。由于热棒单向传热的特点,夏天大气中的热量就不会通过热棒传到冻土中。(热棒制冷技术是一种利用液汽转换对流和循环来实现热量传输的系统,是无源冷却系统中热量传输效率最高的装置。它具有传热能力大、传热温差小、启动温度低、均温性能好以及单向传热和安全经济等特点。热棒由一根密封的钢管组成,里面充以液态氮,钢管的上部装有散热叶片,称之为冷凝段,置于大气中;钢管的下部埋入地基多年冻土中,称为蒸发段。通过热棒的单向导冷作用,冬天在地下冻土层中储存大量冷量,在夏季使冻土不致融化,形成“永冻层”,提高了冻土的强度;可有效防止以冻土为路基的铁路、公路在运行时的融沉。该技术可广泛应用于冻土地带的铁路、公路、桥梁、涵洞、隧道、固变电铁塔等工程建设。​当蒸发段与冷凝段之间存在温差时,蒸发段的液态氮吸热蒸发成气体,在气压差作用下蒸汽沿管内空隙上升至冷凝段,与较冷的管壁接触放出汽化潜热,冷凝成液体。在重力作用下,冷凝液态氮沿管壁流回蒸发段再吸热蒸发。如此往复循环,将地层中的热量传输到大气中,从而降低多年冻土的地温,以防止多年冻土发生融化,从而达到改善路基土体力学特征的目的。热棒技术在解决青藏铁路建设冻土问题中达到了满意的效果)

之前,还听说中科院寒旱所的院士如何为了青藏铁路底层冻土做出的贡献(铺石子及其技术),钦佩其精神,现在又更新了。

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