Определение границ микроклиматических характеристик при расчете параметров теплообмена в процессе адаптации геокриологической модели

Об авторах:

Примаков Сергей Сергеевич, кандидат технических наук, начальник отдела многолетнемерзлых грунтов, НОВАТЭК-НТЦ (г. Тюмень); primakovss@yandex.ru

Забора Игорь Васильевич, ассистент кафедры прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет; zaboraiv@yandex.ru

Аннотация:

Проведение теплотехнических расчетов является основополагающим этапом при проектировании в районах с распространением многолетнемерзлых грунтов (ММГ). На сегодняшний день данный вид расчетов хорошо изучен и реализуется различными программными комплексами на основе численных методов. В проектировании объек­тов топливно-энергетического комплекса (ТЭК) существует обязательное требование для данного вида расчетов, заключающееся в проведении расчета на весь срок эксплуатации объекта.
Несмотря на обилие разработанных методик и подходов для решения данных задач, существует некая неопределенность в задании граничного условия на поверхности теплообмена грунта с воздушной средой. Данная неопределенность вызвана как многообразием факторов, оказывающих непосредственное влияние на теплообмен на поверхности грунта, так и сложностью их учета ввиду цикличности данных факторов на протяжении периода эксплуатации сооружения. В научной литературе встречаются различные варианты задания граничного условия на поверхности грунта. Возникает вопрос о корректности применения определенного способа, ведь задание верхнего граничного условия различными методами повлечет за собой получение различных результатов в дальнейшем моделировании. При этом нельзя говорить о несостоятельности какой-либо из методик задания верхнего граничного условия.
В статье рассмотрены некоторые из встречающихся в научной литературе методов задания верхнего граничного условия от различных авторов и проведен их анализ. По его результатам приводится комплексный способ задания граничных условий на поверхности, а также описывается методика определения параметров теплообмена на поверхности грунта с помощью локальных микроклиматических характеристик для составления физически обоснованных граничных условий при численном моделировании геокриологических процессов.

Список литературы:

1. Гишкелюк И. А. Прогнозирование оттаивания многолетнемерзлых грунтов вокруг подземного трубопровода большой протяженности / И. А. Гишкелюк, Ю. В. Станиловская, Д. В. Евланов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 1 (17). С. 20-25.

2. Горбылева А. И. Почвоведение: учебное пособие / А. И. Горбылева, В. Б. Воробьев, Е. И. Петровский; под ред. А. И. Горбылевой. 2 изд., перераб. М.: НИЦ Инфра-М; Минск: Новое знание, 2012. 400 с.

3. ГОСТ 25358-2012. Грунты. Метод полевого определения температуры. М.: Стандартинформ, 2013. 11 с.

4. Даниэлян Ю. С. Определение зоны оттаивания под тепловыделяющими сооружениями при точной формулировке нижнего граничного условия / Ю. С. Даниэлян, С. М. Соколов, Е. И. Ткаченко // Нефтяное хозяйство. 2006. № 12. С. 128-129.

5. Добежина С. В. Почвоведение. Курс лекций: учебно-метод. пособие / С. В. Добежина. Сочи: Сочинский институт РУДН, 2013. 139 с.

6. Долгих Г. М. Статистическое моделирование работы системы «ГЕТ», установленной в основании нефтяного резервуара / Г. М. Долгих, Г. В. Аникин, И. П. Рило, К. А. Спасенникова // Криосфера Земли. 2015. Том XIX. № 1. С. 70-77.

7. Кислицын А. А. Основы теплофизики: лекции и семинары / А. А. Кислицын. Тюмень: Тюменский государственный университет, 2002. 152 с.

8. Котляков В. М. Изменчивость термического сопротивления снежного покрова и его влияние на промерзание —протаивание грунта / В. М. Котляков, Н. И. Осокина, А. В. Сосновский // Сайт Российской академии наук. URL: http://www.ras.ru/FStorage/Download.aspx?id=11eb528d-4ccd-4991-a1a6-116ce9bc2ef5

9. Красс М. С. Радиационная теплофизика снега и льда / М. С. Красс, В. Г. Мерзликин. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 264 с.

10. Кухлинг Х. Справочник по физике: пер. с нем. / Х. Кухлинг. М.: Мир, 1982. 520 с.

11. Луканин В. Н. Теплотехника: учеб. для техн. спец. вузов / В. Н. Луканин, М. Г. Шатров, Г. М. Камфер и др.; под ред. В. Н. Луканина. М.: Высшая школа, 2000. 671 с.

12. Осокин Н. И. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление / Н. И. Осокин, А. В. Сосновский, Р. А. Чернов // Лед и снег. 2013. Том 53. № 3. С. 63-70. DOI: 10.15356/2076-6734-2013-3-63-70

13. Примаков С. С. Влияние динамики распределения температуры многолетнемерзлых грунтов на оценку надежности фундаментов на примере сезонного изменения несущей способности свай / С. С. Примаков, И. В. Забора, Э. А. Аринштейн, А. В. Татосов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2017. Том 3. № 4. С. 41-50. DOI: 10.21684/2411-7978-2017-3-4-41-50

14. Примаков С. С. Расчет теплового взаимодействия различных сооружений с многолетнемерзлыми грунтами оснований / С. С. Примаков, Л. А. Пульдас, И. В. Забора // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Том 5. № 2. С. 43-58. DOI: 10.21684/2411-7978-2019-5-2-43-58

15. Чернов Р. А. Экспериментальное определение эффективной теплопроводности глубинной изморози / Р. А. Чернов // Лед и снег. 2013. Том 53. № 3. Pp. 71-77. DOI: 10.15356/2076-6734-2013-3-71-77

16. Чубик И. А. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов / И. А. Чубик, А. М. Маслов. М.: Пищевая промышленность, 1970. 184 с.

17. Finnikov K. A. Mathematical modeling of heat transfer in plant community / K. A. Finnikov, A. M. Korzun, A. V. Kolesnichenko // Journal of Stress Physiology & Biochemistry. 2011. Vol. 7. № 4. Pp. 424-436.