8 / 18
Математическое моделирование температурного режима грунтов…
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 1
149
ное моделирование задачи теплопереноса с фазовым переходом в трехмерной
комплексной геометрии с учетом наличия нескольких геологических слоев и
установки большого числа свай с малым диаметром и приведем результаты
многовариантного расчета задачи. Численное моделирование задачи проведено
при следующих вариантах параметров расчетной области.
Вариант 1.
Грунт с почвенно-растительным слоем.
Вариант 2.
Грунт после удаления почвенно-растительного слоя.
Вариант 3.
Слоистый грунт с учетом установки свай.
Особенность моделирования задач теплопереноса в грунтах — ярко-
выраженная геометрическая разномасштабность моделируемых объектов: не-
большие диаметры свай и большие размеры области моделирования процесса.
При прикладном моделировании, даже при использовании существенно нерав-
номерных расчетных сеток, размерность задачи получается достаточно боль-
шой. В настоящее время численное решение таких задач невозможно без при-
менения вычислительных систем параллельной архитектуры (рис. 5).
Рис. 5.
Расчетная геометрия (
а
) и тетраэдральная сетка (
б
) для задачи теплопереноса
в грунтах с учетом установки 20 свай
Приведем результаты численного моделирования до удаления и после уда-
ления почвенно-растительного слоя (варианты 1 и 2). При моделировании с
учетом почвенно-растительного слоя (вариант 1) были использованы гранич-
ные условия (4). При моделировании без учета почвенно-растительного слоя
(вариант 2) альбедо
A
задавали приблизительно в 2 раза больше. Температура
на дневной поверхности принята по данным метеостанции, расположенной в
Якутске. Теплофизические характеристики приведены в табл. 2.
Численное моделирование выполнено с учетом приведенных выше пара-
метров. Геометрическая область состоит из нескольких инженерно-геологи-
ческих слоев грунта и содержит 20 свай радиусом
0,2
r
м и длиной 14 м. Рас-
четная область имеет размеры
15,
x
L
54
y
L
и
= 50
z
L
м. Расчетная сетка со-
держит приблизительно 260 тыс. узлов и около 1,5 млн тетраэдральных ячеек.
Расчеты проведены для
max
= 2
t
года с шагом =1
сут.