Solvability of a Model Problem of Sublimation of Ice in Snow

  • А.А. Папин Altai State University Email: papin@math.asu.ru
  • Е.С. Юст Altai State University Email: esyust@gmail.com
Keywords: sublimation, two-phase filtration, Darcy's law, self-similar solution, phase transition

Abstract

In this paper, a mathematical model of water and air motion in snow with consideration of a sublimation process is investigated. Snow is a porous medium with a solid frame of fixed ice particles. There are water, air, and steam in pores. The model utilizes a mass conservation equation for each phase, the Musket-Leverette equation system for water and air two-phase filtration, and the energy conservation equation for snow. The model is elaborated in Paragraph 1. Paragraph 2 presents the problem solution in self-similar variables. The problem is investigated in an infinite domain. Finite solutions are obtained for a field of velocities. The equation for temperature is presented, and monotony of the equation with an exponential approach to the target value at infinity is demonstrated. Also, the degenerate equation for water phase saturation and physical background for the maximum principle are provided. Solvability of the Cauchy problem is proved on the basis of this principle with an introduction of an additional parameter. The resulting solution is, firstly, expanded on a finite interval, and, later, on an infinite interval due to finite speed of disturbance propagation.

DOI 10.14258/izvasu(2017)1-23

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

References

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Часть 1. - М., 1987.

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Часть 2. - М., 1987.

Трофимова Е.Б. Математическая модель снежного покрова как многофазной среды // Труды IV всесоюзн. гидролог. съезда. - 1976. - Т. 6.

Коробкин А.А., Папин А.А., Хабахпашева Т.И. Математические модели снежно-ледового покрова. - Барнаул, 2013.

Кучмент Л.С., Демидов В.Н., Мотовилов Ю.Г. Формирование речного стока. Физикоматематические модели. - М., 1983.

Цыпкин Г.Г. Течения с фазовыми переходами в пористых средах. - М., 2009.

Юст Е.С. Модельная задача тепломассопереноса в тающем снеге с учетом сублимации // Материалы Междунар. школы-семинара «Ломоносовские чтения на Алтае-2015». - Барнаул, - 2015.

Папин А.А. Краевые задачи двухфазной фильтрации. - Барнаул, 2009.

Ахмерова И.Г., Папин А.А., Токарева М.А. Математические модели механики неоднородных сред. - Барнаул, - 2012.

Папин А.А. Разрешимость модельной задачи тепломассопереноса в тающем снеге // Прикладная механика и техническая физика. - 2008. -Т. 49, №4.

Сибин А.Н. Математическая модель деформации мерзлого грунта вблизи термокарстовых озер // Анализ, геометрия и топология : труды Всерос. молодежн. школы-семинара. - Барнаул, - 2013.

Сибин А.Н. Численное решение двумерной задачи суффозионного выноса грунта // Молодежь Барнаула. Материалы XVI научно-практ. конф. молодых ученых. - Барнаул, - 2014.

Шишмарев К.А. Математические вопросы моделирования взаимодействия ледового покрова и гидроупругих волн // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2015. - № 1/1 (85). D0I:10.14258/izvasu(2015)1.1-22

Шишмарев К.А. Тепломассоперенос в тающем снеге // Труды молодых ученых Алтайского государственного университета. - 2011. - № 8.

Токарева М.А. Двумерная задачи фильтрации в тонком пороупругом слое // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2013. - № 1/1 (77).

Жумагулов Б.Т., Монахов В.Н. Гидродинамика нефтедобычи. - Алматы, 2001.

Connolly J.A.D., Podladchikov Y.Y. Compaction-driven fluid flow in viscoelastic rock // Geodin. Acta. - 1998. - Vol. 11.

Tokareva M.A. Localization of solutions of the equations of filtration in poroelastic medium // Журнал Сибирского федерального ун-та. Серия: Математика и физика. - 2015. - Т. 8, № 4.

How to Cite
Папин А., Юст Е. Solvability of a Model Problem of Sublimation of Ice in Snow // Izvestiya of Altai State University, 1, № 1(93) DOI: 10.14258/izvasu(2017)1-23. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282017%291-23.