Влияние учета солнечной радиации на результаты теплотехнических расчетов земляного полотна железнодорожного пути

Любое решение теплотехнической задачи, в частности при проектировании противопучинных мероприятий на транспортных магистралях, требует строгого задания температурных граничных условий на дневной поверхности. В случае железнодорожного пути это температура верхнего слоя балластной призмы. Априори она складывается из двух составляющих – температуры воздуха и так называемой температурной поправки, определяемой солнечной радиацией. В данной работе проведен анализ влияния температурной поправки на результаты теплотехнических расчетов, а именно глубины промерзания-оттаивания грунтов земляного полотна в холодных регионах. Приведено описание натурных экспериментов по количественной оценке влияния солнечной радиации на изменение температурного режима поверхности балластной призмы. Описана методика определения температурной поправки, зависящей от таких основных факторов, как широта местности, температура воздуха, степень облачности и число альбедо. Разработана компьютерная программа, реализующая приведенную методику. Выполненное сравнение расчетных и экспериментальных данных температурной поправки позволило сделать вывод о корректности приведенной методики для выполнения практических расчетов температурной поправки на солнечную радиацию при определении температурного режима поверхности балластной призмы применительно к теплотехническим расчетам земляного полотна железнодорожного пути. Установлена степень влияния таких исходных параметров методики расчета, как число альбедо и показатель облачности, на величину температурной поправки в различных климатических зонах. Выявлена чувствительность результатов расчета глубин промерзания-оттаивания земляного полотна к возможной ошибке в задании температурной поправки, определяющей верхнее граничное условие теплотехнической задачи. Показана особая роль учета температурной поправки при теплотехнических расчетах в криолитозоне.

1. Isakov A. L. Dangerous deformations of subgrade and methods of their calculation // Sciences in Cold and Arid Regions. 2013. Vol. 5, no. 4. P. 353–362.

2. Isakov A. L., Lavrova A. Yu. Accounting for the solar radiation in thermal regime prediction for railway subgrade in cold regions // Sciences in Cold and Arid Regions. 2015. Vol. 7, no. 4. P. 293–299.

3. Исаков А. Л., Лаврова А. Ю. Солнечная радиация и температурный режим земляного полотна // Путь и путевое хозяйство. 2016. № 3. С. 15–19.

4. Основы геокриологии. Ч. 1. Физико-химические основы геокриологии / под редакцией Э. Д. Ершова. Москва : Издательство Московского государственного университета, 1995. 368 с.

5. Национальный атлас России : в 4 т. Т. 2. Природа и экология / Министерство транспорта РФ, Федеральное агентство геодезии и картографии. Москва : Роскартография, 2008. 495 с.

6. Кондратьев В. Г. Стабилизация земляного полотна на вечномерзлых грунтах. Чита : ПолиграфРесурс, 2011. 177 с.

7. Будыко М. И. Тепловой баланс земной поверхности. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1956. 255 с.

8. Будыко М. И. Избранные работы. Санкт-Петербург : Америт : Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова, 2020. 206 с.

9. СП 131.13330.2020. Строительная климатология: актуализированная редакция СНиП 23-01–99 : утвержден приказом Минстроя России № 859 от 24 декабря 2020 г. Москва, 2020. 150 с.

10. Атлас теплового баланса земного шара / под редакцией М. И. Будыко. Москва : Межведомственный геофизический комитет, 1963. 69 с.

11. Цой А. П., Грановский А. С., Бараненко А. В. Моделирование и математическая программа для расчета величины эффективного излучения // Вестник Международной академии холода. 2014. № 1. С. 7–10.

12. Программа расчета эффективного излучения / ТОО «Тениз». URL: http://maxteniz.kz/iak_in_rk/article_iac/ercalc/ (дата обращения: 27.05.2022).

13. Исаков А. Л., Ким Хюн Чол. Теплофизическая дискретная модель промерзания грунта земляного полотна // Транспорт Урала. 2012. Вып. 2 (33). С. 121–124.

14. Методика назначения противопучинных мероприятий и выбора их параметров на железных и автомобильных дорогах на базе программного комплекса «Freeze-1» / Сибирский государственный университет путей сообщения. URL: http://freeze-1.stu.ru/index.htm (дата обращения: 27.05.2022).