Исследование особенностей неравновесного фазового перехода во флюидонасыщенном грунте

Александр Евгеньевич Прохоров (Alexander Prokhorov), Максим Сергеевич Желнин (Maksim Zhelnin), Анастасия Андреевна Костина (Anastasia Kostina), Олег Анатольевич Плехов (Oleg A. Plekhov)

Аннотация


В представленной работе проводится анализ двух математических моделей описания процесса фазового перехода первого рода в искусственно замораживаемых обводненных горных породах на основе натурных экспериментов по замораживанию влагонасыщенного мелкодисперсного песка, заполняющего цилиндрическую форму. Рассматривается классическая модель Стефана, предполагающая мгновенную кинетику фазового перехода и четкую границу раздела фаз, и альтернативная модель с ограниченной скоростью кристаллизации воды и наличием остаточной влаги в мерзлой зоне. Натурные эксперименты проведены при постоянных условиях замерзания, с регистрацией температуры на границах и в центре заполненного объема. Анализ выполняется на основе сравнения численного решения, рассмотренных моделей, с экспериментальными измерениями температуры. Уточнение материальных параметров песка и параметрическая идентификация моделей проводится на основе решения обратных задач. В результате показано, что альтернативная модель в значительной мере лучше описывает результаты эксперимента по сравнению с моделью Стефана.


Ключевые слова


задача Стефана; фазовый переход;

Полный текст:

PDF

Литература


Erhsov E.D., Akimov Y.P., Cheverev V.G. et al. Phase composition of moisture in frozen soils. Moscow: Moscow State Universitry, 1979, 190 p. (In Russian).

Dirksen C., Miller R.D. Closed-system freezing of unsaturated soil. Soil Science Society of America Proceedings, 1966, vol. 30, pp. 168–173.

Grechishev S.E., Chistotinov L.V. Shur Y.L. The modeling of cryo-flow on geological processes. Moscow: Nauka, 1984. 230 p. (In Russian).

Bronfenbrener L., Modelling heat and mass transfer in freezing porous media. N.Y.: Nova Science Publishers, 2012.

Hoekstra P., Moisture movement in soil under temperature gradient with the cold side below freezing. Water Resources Research, 1966, vol. 2, pp. 241–250.

Zhelnin M.S., Plekhov O.A., Semin M.A. et al. Numerical solution for an inverse problem about determination of volumetric heat capacity of rock mass during artificial freezing. PNRPU Mechanics Bulletin, 2017, no. 4, pp. 56–75.

Chaudhary D. R., Bhandari R. C. Thermal conductivity of two-phase porous materials: dry soils. Journal of Physics D, 1969. Vol. 2. P. 609–610.

Samarskyi A.A. Vabishcevich P.N. Computational Heat Transfer. Moscow: URSS, 2003, 784 p. (In Russian)

Vabishchevich P. N., Vasilyeva M. V., Pavlova N. V. Numerical simulation of thermal stabilization of filter soils. Mathematical Models and Computer Simulations. 2015, vol. 7, no. 2. pp. 154–164.

Ershov E. D. General geocryology: tutorial. Moscow, Moscow University Press, 2002, 682 p. (In Russian)

Bronfenbrener L. Non-equilibrium crystallization in porous media: Numerical solution. Cold Region Science and Technology. 2013, vol. 85, pp. 137–149




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-31-37

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).