Перенос и аккумуляция газов, растворенных в воде, в неизотермическом массиве пористой среды с учетом зон замерзания

Аннотация

Решается одномерная задача транспорта газа через пузырьковую среду под влиянием температурной волны с учетом промерзания приповерхностного слоя. Промерзание приповерхностного слоя означает наличие фазового перехода при действии температурной волны на массив пористой среды, когда температура опускается ниже точки замерзания воды. В этом случае требуется решить задачу Стефана для получения нестационарного распределения температуры. Знание распределения температуры в массиве в каждый момент времени позволяет учесть влияние температурной волны на процесс транспорта газа. Этот процесс описывается в рамках приближения пузырьковой среды. Расчет растворимости газа в воде основывается на теории масштабной частицы. Показано, что под действием температурной волны возникает средний поток генерируемых в пористом массиве газов к поверхности, что приводит к эффекту аккумуляции газов в приповерхностном слое. Получено распределение концентрации газа в приповерхностном слое и оценена глубина такого слоя, а также изучено влияние параметров задачи на эффект аккумуляции. Выявлено, что скорость накопления газов постоянна, если поверхность массива находится при температуре ниже точки замерзания круглый год и уменьшается с увеличением средней температуры поверхности. При этом скорость накопления увеличивается с интенсификацией газообразования в пористом массиве.