Исследование фазового перехода в промерзающем грунте
УДК 532.546
Аннотация
В данной работе на основе уравнений неизотермической двухфазной фильтрации рассматривается задача движения воды и воздуха в замерзающем / протаивающем грунте. Для этого используются уравнения сохранения массы, двухфазной фильтрации и теплового баланса. Предложенная одномерная математическая модель учитывает фазовый переход в протяженной области, изменяющиеся фильтрационные свойства грунта и фильтрацию воды к области фазового перехода. Приводятся несколько эмпирических зависимостей для интенсивности фазового перехода вода — лед и их верификация с помощью экспериментальных данных из литературных источников. Численные эксперименты показали выполнение физического принципа максимума для пористости грунта и формирование в грунте слоя с меньшей проницаемостью, который влияет на впитывающую способность грунта и распределение поверхностного и грунтового стока в период весеннего снеготаяния. Предложенная математическая модель может использоваться для моделирования тающего снега на поверхности мерзлого грунта.
Скачивания
Metrics
Литература
Колесников А.Г. К изменению математической формулировки задачи о промерзании грунта // Доклады Академии наук СССР. 1952. Т. 82. № 6. С. 889-891.
Alekseeva S.V., Sazhenkov S.A. Numerical Analysis of a One-dimensional Model of a Melting-freezing Snowpack // Journal of Computational and Engineering Mathematics. 2021. Vol. 8. No 4. P 17-27. DOI: 10.14529/jcem210403
Сибин А.Н., Папин А.А. Тепломассоперенос в тающем снеге // Прикладная механика и техническая физика. 2021. Т. 62. № 1. С. 109-118.
Сибин А.Н., Папин А.А. Моделирование движения растворимой примеси в тающем снеге // Прикладная механика и техническая физика. 2024. Т. 65. № 1. С. 58-69.
Tsypkin G.G. Water - Ice Phase Transition in Unsaturated Soil in the Presence of Capillary Pressure // Fluid Dynamics. 2019. Vol. 5. No 4. P 681-690.
Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. М.: МГУ 1979. 214 с.
Waldner P A., Schneebeli M., Schultze-Zimmermann U., Fluhler H. Effect of Snow Structure on Water Flow and Solute Transport // Hydrological processes. 2008. Vol. 18. No 7. P. 1271-1290.
Прохоров А.Е., Желнин М.С., Костина А.А., Пле-хов О.А. Исследование особенностей неравновесного фазового перехода во флюидонасыщенном грунте // Вестник Пермского университета. Физика. 2018. № 4 (42). С. 31-37.
Bronfenbrener L. Non-equilibrium Crystallization in Porous Media: Numerical Solution // Cold Region Science and Technology. 2013. Vol. 85. P. 137-149. DOI: 10.1016/j.coldregions.2012.09.002
Bronfenbrener L. Frost Heave and Ice Lenses Formation in Freezing Soils // Journal of Chemical Engineering Research Updates. 2014. Vol. 1. No 1. P 3-19.
Нерсесова З.А. Изменение льдистости грунтов в зависимости от температуры // Доклады Академии наук СССР. 1950. Т. 75. № 6. С. 845-846.
Шмакин А.Б. Модель снежного покрова с учетом слоистой структуры и ее сезонной эволюции // Криосфера Земли. 2009. Т. 13. № 4. С. 68-79.
Copyright (c) 2025 Антон Николаевич Сибин, Татьяна Андреевна Пекарская
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
