Исследование особенностей неравновесного фазового перехода во флюидонасыщенном грунте

Авторы

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

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-31-37

Ключевые слова:

задача Стефана, фазовый переход,

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.

Библиографические ссылки

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

Загрузки

Опубликован

2018-12-29

Как цитировать

Прохоров (Alexander Prokhorov) А. Е., Желнин (Maksim Zhelnin) М. С., Костина (Anastasia Kostina) А. А., & Плехов (Oleg A. Plekhov) О. А. (2018). Исследование особенностей неравновесного фазового перехода во флюидонасыщенном грунте. Вестник Пермского университета. Физика, (4(42). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-31-37

Выпуск

Раздел

Статьи