寒区冻结工程利用自然冷能的空冷换热技术研究

西北地区冬季有着充沛的自然冷能。为了有效利用这种自然冷能进行井筒冻结,设计了翅片管式盐水空冷换热器;并在低温冷库内,进行了盐水空冷换热试验。结果表明:降低气温,可大幅提升空冷换热效果;增加空气及盐水流量,可小幅提升空冷换热效率。为评价空冷盐水的工程实用性,以地处锡林郭勒盟的鲁新煤矿主井井筒冻结工程为背景,对3种温度状态盐水形成的冻结壁温度场进行了数值模拟,结果表明:在相同孔间距下,准低温(-10~-15℃)盐水冻结壁交圈时间为人工制冷盐水的1.5~2倍,约占当地冬季时间的1/2;适度缩小孔间距后,冻结壁交圈时间与正常孔间距下的人工制冷盐水交圈时间相当。试验及数值模拟表明:寒区可以利用盐水空冷换热技术,开发利用自然环境冷能来进行井筒冻结。