Модели равновесия фаз воды в мерзлых горных породах
Аннотация
Горные породы являются сложными многокомпонентными, гетерогенными, полидисперсными системами, одним из компонентов которых является вода. Фазовый состав поровой воды, процессы ее замерзания и оттаивания во многом определяют структуру, свойства, механическое и тепловое состояние массивов горных пород. Вследствие этого, теория фазового равновесия воды в горных породах при отрицательных температурах является основой теории формирования их свойств, напряженно-деформированного состояния, моделирования процессов теплои массопереноса в них. Разработаны модели фазового равновесия воды в грунтах, где минеральный скелет рассматривается как совокупность частиц с определенной эффективной молярной массой, зависящей от дисперсности и свойств поверхности минерального скелета. Это позволило применить для описания фазового состояния воды в дисперсных средах термодинамику многокомпонентных систем и, в частности, разработать модели фазового равновесия порового раствора в грунтах при отрицательных температурах на основе теории идеальных и регулярных систем. Модели позволяют при максимальном упрощении исследовать закономерности фазового равновесия порового раствора.
Ключевые слова
горные породы,
модели фазового равновесия воды,
многокомпонентные системы,
количество незамерзшей воды,
поровая вода
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Грант № 14-05-00328).
Об авторах
Егор Гаврильевич Старостин
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН
Россия
Россия
СТАРОСТИН Егор Гаврильевич – д.т.н., директор;
Ольга Николаевна Кравцова
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН
Россия
Россия
КРАВЦОВА Ольга Николаевна – к.т.н, с.н.с.;
Надежда Ивановна Таппырова
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН
Россия
Россия
ТАППЫРОВА Надежда Ивановна – вед. инженер.
Список литературы
1. Вотяков И.Н. Физико-механические свойства мерзлых грунтов Якутии. Новосибирск: Наука, 1975. 176 с.
2. Иванов Н.С. Теплои массоперенос в мерзлых горных породах. М.: Наука, 1969. 240 с.
3. Степанов А.В., Тимофеев А.М. Теплофизические свойства дисперсных материалов. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. 124 с.
4. Чеверев В.Г. Природа криогенных свойств грунтов. М.: Научный мир, 2004. 234 с.
5. Старостин Е.Г., Габышев А.Н. Исследование содержания незамерзшей воды в цеолите по термограмме замораживания // Наука и образование. 2014. № 1. С.58–62.
6. Бровка Г.П. Теплои массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании. Минск: Наука и техника, 1991. 192 с.
7. Фельдман Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах. Новосибирск: Наука, 1988. 258 с.
8. Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных горных породах. М.: Научный мир, 2003. 608 с.
9. Чистотинов Л.В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах. М.: Наука, 1973. 144 с.
10. Watanabe K., Mizoguchi M. Amount of unfrozen water in frozen porous media saturated with solution // Cold Regions Science and Technology. 2002. 34. P. 103–110.
11. Zhao L., Gray D.M., Male D.H. Numerical analysis of simultaneous heat and mass transfer during infiltration into frozen ground // Journal of Hydrology. 1997. 200. P. 345–363.
12. Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Шур Ю.Л. Основы моделирования криогенных физико-геологических процессов. М.: Наука, 1984. 230 с.
13. Роман Л.Т. Механика мерзлых грунтов. М.: Наука/ Интерпериодика, 2002. 426 с.
14. Неймарк Ю.И. Простые математические модели // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 3. С. 139–143.
15. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 312 с.
16. Старостин Е.Г. Фазовое равновесие воды в горных породах при отрицательных температурах: Дис. … д.т.н.: 25.00.08. Ин-т мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН. Якутск, 2009.
17. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. 280 с.
18. Степанов А.В. Тепломассообменные свойства дисперсных пород и материалов при промерзании–протаивании: Автореф. дис. … д.т.н. Якутск, 2002. 38 с.
19. Дуров В.А., Агеев Е.П. Термодинамическая теория растворов. М.: Едиториал УРСС, 2003. 248 с.
20. Дзялошинский И.Е., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Общая теория Ван-дер-Ваальсовых сил. УФН. 1961. Т. LXXIII, вып. 3. С. 381–422.
21. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Ч. 1. М.: Наука, 1976. 584 с.
22. Старостин Е.Г Теплота кристаллизации капиллярной жидкости // Криосфера Земли. 2005. Т. IX, №3. С. 54–58.
23. Анисимов М.А., Танкаев Р. У., Богданович Н. Н., Вольницкая Е.П., Дмитриевский С. А. Плавление льда в пористой среде // Известия вузов. Нефть и газ. 1981. № 10. С. 83–88.
24. Вуд Б., Фрейзер Д. Основы термодинамики для геологов. М.: Мир, 1981. 184 с.
25. Старостин Е.Г., Лебедев М.П. Свойства связанной воды в дисперсных породах. Ч. I. Вязкость, диэлектрическая проницаемость, плотность, теплоемкость, поверхностное натяжение // Криосфера Земли. 2014. Т. XVIII, № 3. С. 46–54.
26. Старостин Е.Г., Лебедев М.П. Свойства связанной воды в дисперсных породах. Ч. II. Теплота кристаллизации // Криосфера Земли. 2014. Т. XVIII, № 4. С. 39–46.
27. Старостин Е.Г., Петров Е.Е., Лаптева О.И., Таппырова Н.И. Сканирующая калориметрия фазовых переходов поровых растворов NaCl и CaCl2 в грунтах при отрицательных температурах // Наука и образование. 2015. № 4. С. 54– 57.
Рецензия
Для цитирования:
Старостин Е.Г., Кравцова О.Н., Таппырова Н.И. Модели равновесия фаз воды в мерзлых горных породах. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2017;22(2):41-47.
For citation:
Starostin E.G., Kravtsova O.N., Tappyrova N.I. The Models of Water Phases Equilibrium in Frozen Rocks. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2017;22(2):41-47. (In Russ.)
Просмотров:
7
Послать статью по эл. почте 