авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Моделирование тепломассообменных процессов в мерзлых породах с подвижной ледовой компонентой

-- [ Страница 4 ] --

Нарушение симметрии C-коэффициентов (Таблица 2) - следствие теплообмена образца с окружающей средой через боковую поверхность.

Сравнение коэффициентов переноса тепла Ctt (Рис. 17б и Таблица 2) показывает, что абсолютное значение теоретического коэффициента оказывается выше экспериментального практически по всем диапазоне температуры. Заметный вклад в величину коэффициента Ctt дает режеляционное движение льда. Так, если лед неподвижен относительно керамики, теоретическое значение коэффициента Ctt оказывается равным 326 Дж·м1с1.

Теория предсказывает более высокую скорость льда по сравнению с экспериментальной. Это различие может быть следствием двух причин: в теории не учитывается гидросопротивление пленки незамерзшей воды между основанием включения льда и стенками полости, а также предполагается отсутствие растворимых соединений в воде. Оба этих фактора уменьшают скорость льда относительно керамики.

Абсолютное значение коэффициента переноса вещества Cpp, найденное из теории (Таблица 2), оказывается меньше экспериментального (Рис. 17а) практически во всем диапазоне температур. С учетом предыдущего заключения наиболее вероятной причиной этого различия может быть течение жидкости между боковой поверхностью включения льда и стенками полости. Перенос жидкости по проводящим каналам увеличивает величину суммарного потока вещества под действием градиента давления, практически не меняя скорость льда.

В свою очередь оба фактора - уменьшение скорости режеляционного движения льда и наличие незамерзающих каналов между областями плавления льда и замерзания воды - приводят к тому, что величины недиагональных коэффициентов переноса Cpt и Ctp, измеренные в эксперименте, становятся заметно меньше теоретических. (

Таблица 1 и Рис. 18).

Явные значения C-коэффициентов позволяют определить параметры процесса, при которых законы переноса тепла и массы необходимо применять в общей форме.

Слагаемые в законе переноса вещества (27) имеют один порядок, когда выполняется следующее соотношение:

(28)

Принимая Cpp = 2·1014 м2с1Па1 и Cpt =  5·107 м2с1 (Рис. 17 - 18), из равенства (28) следует, например, что при перепаде давления 105 Па, изменение температуры T = 1 K. Таким образом, термоосмотический вклад в массоперенос через образец становится заметным при изменении температуры среды не менее 1 K на 1 атм перепада давления жидкости. В природе это условие выполняется довольно часто.

Аналогично для перепада давления жидкости, выше которого закон переноса тепла должен применяться в общем виде, имеем

(29)

Полагая Ctt = 420 Дж·м1с1 и Ctp =  5·107 м2с1 (Рис. 3 - 4), из соотношения (29) получаем p/T  3·106 Па·K1.

Представленные выше оценки получены для пористой среды с макровключениями. Величина коэффициентов Cpt и Ctp, входящих в соотношения (28) и (29), определяется во многом гидравлическими свойствами каналов между областями плавления и замерзания льда, а значит и размером включения. С уменьшением размера льда роль проводимости гидравлических каналов возрастает и, как результат, должна быть меньше величина недиагональных коэффициентов. Косвенным подтверждением этому могут служить результаты экспериментальной работы [Horiguchi, Miller, 1980] - баротермические свойства обнаруживает макровключение льда между мембранами, но не мерзлые грунты. Наиболее вероятная причина - доля макровключений в грунте была достаточно мала. Однако, в настоящее время отсутствует необходимое количество экспериментального материала, на основании которого можно обоснованно судить о значимости размерного фактора включений льда в тепломассообменных процессах.


ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Для понимания роли льда в тепломассообменных процессах в дисперсных средах и, в частности, в мерзлых и промерзающих грунтах предложена модель бипористой среды, на основе которой изучены свойства двух систем: мелкопористой среды с включениями льда и льда с мелкопористыми частицами. Установлено, что вследствие движения льда относительно каркаса пористой среды законы переноса имеют общий вид, т.е. потоки тепла и массы линейно выражаются через всю совокупность термодинамических сил: градиенты температуры, давления жидкости, концентрацию раствора и электрического потенциала. Получен явный вид коэффициентов переноса и подтверждена выполнимость принципа взаимности Онзагера для систем с фазовыми переходами.
  1. Изучением тепломассообменных свойств бипористых сред, насыщенных раствором неэлектролита, показано, что возрастание значения коэффициента теплопроводности мерзлой породы по сравнению с коэффициентом теплопроводности талой, а также значительное увеличение величин термоосмотического и осмотического коэффициентов есть следствие движения льда относительно минерального каркаса пористой среды.
  1. Изучение тепломассообменных свойств бипористых сред, насыщенных раствором электролита, подтвердило значимость движения льда на их термоэлектрические свойства. Электроосмос, потоковый потенциал, термоэлектрополяризация среды становятся слабее с увеличением концентрации порового раствора. Осмотические и электроосмотические свойства мелкопористой составляющей существенно влияют на тепломассообменные свойства бипористой среды в области высоких концентраций раствора.
  1. Создан экспериментальный комплекс, включающий систему измерения и обработки данных, для изучения тепломассообменных свойств мерзлых пористых сред с высоким разрешением по температуре. Найдены коэффициенты переноса водонасыщенного образца керамики с включением льда в диапазоне температуры 0,05 ч 0 С. Величины коэффициентов уменьшаются с понижением температуры образца. На графике зависимости недиагональных коэффициентов от температуры наблюдается слабый максимум вблизи температуры 0,02  С. Сравнительный анализ данных эксперимента с теоретическими расчетами показывает, что наиболее вероятная причина их отличия – незамерзшая вода между льдом и поверхностью твердого тела, которая играет двоякую роль. С одной стороны, гидросопротивление пленки незамерзшей воды тормозит движение льда, уменьшая массоперенос в фазе льда, с другой, наличие незамерзших каналов увеличивает долю массопереноса через среду в жидкой фазе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов докторской диссертации:

  1. Горелик Я.Б., Колунин В.С. Физика и моделирование криогенных процессов в литосфере. - Новосибирск : СО РАН, Филиал “Гео”, 2002. – 317 с.
  2. Колунин В.С. Перенос воды и льда в пористых средах вблизи точки фазового перехода // Криосфера Земли. – 2003. – Т. 7, № 3. – С. 55-62.
  3. Колунин В.С. Тепломассоперенос в пористой среде с ледяными включениями // Криосфера Земли. – 2004. – Т. 8, № 4. – С. 45-53.
  4. Колунин В.С. Теплопроводность льда с пористыми частицами // Криосфера Земли. – 2005. – Т. 9, № 4. – С. 34-41.
  5. Kolunin V.S. Heat and mass transfer in porous media with ice inclusions near the freezing-point // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2005. – Vol. 48, N 6. – P. 1175-1185.
  6. Kolunin V.S., Kolunin A.V. Heat and mass transfer in saturated porous media with ice inclusions // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2006. – Vol. 49, N 6. – P. 2514-2522.
  7. Колунин В.С., Колунин А.В. Термоэлектрополяризация льда с пористыми частицами. I. Диффузионный механизм // Криосфера Земли. – 2008. – Т. 12, № 3. – С. 41-49.
  8. Колунин В.С., Колунин А.В. Термоэлектрополяризация льда с пористыми частицами. II. Mеханизм двойного электрического слоя // Криосфера Земли. – 2009. – Т. 13, № 3. – С. 40-48.
  9. Kolunin V.S., Kolunin A.V. Electrical cross effects in porous media with ice inclusions. I. Diffusion mechanism // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2009. – Vol. 52, N 7-8. – P. 1627-1634.
  10. Kolunin V.S., Kolunin A.V. Electrical cross effects in porous media with ice inclusions. II. Double electrical layer mechanism // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2009. – Vol. 52, N 23-24. – P. 5577-5584.

Статьи в сборниках:

  1. Kolunin V.S. Water and ice transfer in porous media near the phase transition point // Proc. 8th Int. Conf. on Permafrost, 21-25 July 2003, Zurich, Switzerland/ M. Philips, S.M. Springman, L.U. Arenson, Eds. – Taylor & Francis. – 2003. – P. 573-578.
  2. Колунин В.С. Теплоперенос в средах с тепловыми диполями // Материалы международной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения», Пущино. – 2003. – С. 214.
  3. Колунин В.С. Теплопроводность льда с пористыми частицами // Материалы международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций», Тюмень. – 2004. – С. 136.
  4. Колунин В.С., Колунин А.В. Коэффициенты переноса пористой среды с ледяными включениями // Материалы международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений», том 2, Тюмень. – 2006. – С. 103-105.
  5. Колунин В.С., Колунин А.В., Писарев А.Д. Бипористая среда как модель мерзлого грунта // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения», Тюмень. – 2008. – С. 402-403.


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.