Коэффициент теплопроводности снежного покрова

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Важными параметрами при использовании снега в качестве строительного материала и исследовании взаимодействия инженерных сооружений различного назначения со снегом являются плотность и коэффициент теплопроводности снежного покрова. Целью работы была оценка точности расчета коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова в зависимости от степени уплотнения одного из слоев. Рассмотрены два подхода в определении коэффициента теплопроводности: как слоистой структуры и как эквивалентной однородной структуры, имеющей постоянную среднюю плотность. Для расчетов использовались классические формулы определения коэффициента теплопроводности от плотности (формула Абельса) и плотности от глубины снежного покрова (формула Абэ). В результате анализа и комплексных вариантных расчетов, представленных в виде графиков, сделаны следующие выводы. При линейной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега выбор того или иного способа расчета коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова значения не имеет: ошибка в расчетах всегда будет рана нулю. При нелинейной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега ошибка возрастает с увеличением коэффициента уплотнения одного из слоев. Например, при коэффициенте уплотнения 1,5 относительная ошибка расчета не превышает 4%. А при увеличении коэффициента уплотнения до 3,5 ошибка возрастает до 31%, т. е. увеличивается почти в восемь раз. Анализ результатов позволил сделать вывод, что при уплотнении одного из слоев менее чем в два раза (коэффициент уплотнения k<2) применение понятия средней плотности снежного покрова в тепловых расчетах по определению термического сопротивления снежного покрова является вполне допустимым. При увеличении степени уплотнения одного из слоев более чем в два раза необходимо определять коэффициент теплопроводности каждого слоя и рассчитывать общее термическое снежного покрова как сумму термических сопротивлений отдельных слоев.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ф. Галкин

Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: afgalkkin@mail.ru

д-р техн. наук, профессор 

Россия, 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36

В. Ю. Панков

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: pankov1956@gmail.ru

канд. геол.-минерал. наук, доцент 

Россия, 677027, г. Якутск, ул. Белинского, 58

М. Р. Васильева

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: vmr.vmr@mail.ru

инженер 

Россия, 677027, г. Якутск, ул. Белинского, 58

Список литературы

  1. Войтковский К.Ф. Расчет сооружений из льда и снега. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 136 с.
  2. Шульгин А.М. Снежный покров и его использование в сельском хозяйстве. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 84 с.
  3. Рихтер Г.Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.: Изд-во АН СССР, 1945. 120 с.
  4. Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: ГЕО, 2008. 230 с.
  5. Дюнин А.К. В царстве снега. М.: URSS, 2021. 168 с.
  6. Кузьмин П.П. Физические свойства снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 179 с.
  7. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление // Лед и снег. 2013. № 3 (123). С. 63–70. EDN: THBIWU
  8. Кириллин А.Р., Железняк М.Н., Жирков А.Ф., Мисайлов И.Е., Верхотуров А.Г., Сивцев М.А. Особенности снегонакопления и параметры снежного покрова на Эльконском горном массиве // Вестник Забайкальского государственного университета. 2020. Т. 26. № 7. С. 62–76. https://doi.org/10.21209/2227-9245-2020-26-7-62-76
  9. Казакова Е.Н., Лобкина В.А. Зависимость плотности отложенного снега от его структуры и текстуры // Криосфера Земли. 2018. Т. 22. № 6. С. 64–71. EDN: YPXLNJ
  10. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 286 с.
  11. Котляков В.М., Сосновский А.В. Оценка термического сопротивления снежного покрова по температуре грунта // Лед и снег. 2021. Т. 61. № 2. С. 195–205. EDN: XPBXXL https://doi.org/10.31857/S2076673421020081
  12. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Термическое сопротивление снежного покрова и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 3. С. 60–68. EDN: YPTHAJ
  13. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А., Накалов П.Р. Термическое сопротивление снежного покрова и его изменчивость // Криосфера Земли. 2014. Т. 18. № 4. С. 70–77. EDN: YPTHAJ
  14. Галкин А.Ф., Плотников Н.А. Расчет коэффициента теплопроводности снежного покрова // Арктика и Антарктика. 2023. № 3. С. 16–23. EDN: VMDOVA. https://doi.org/10.7256/2453-8922.2023.3.43733
  15. Menard C., Essery R., Turkov D. et al. Scientific and human errors in a snow model intercomparison // Bulletin of the American Meteorological Society. 2021. Vol. 201 (1). E61-E79. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0329.1
  16. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние термического сопротивления снежного покрова на устойчивость многолетнемерзлых пород // Криосфера Земли. 2016. Т. 20. № 3. С. 105–112. EDN: WTHOLB
  17. Поздняков С.П., Гриневский С.О., Дедюлина Е.А., Кореко Е.С. Чувствительность результатов моделирования сезонного промерзания к выбору параметризации теплопроводности снежного покрова // Лед и снег. 2019. Т. 59. № 1. С. 67–80. EDN: ZAGNET
  18. Перльштейн Г.З. Теплообмен деятельного слоя с атмосферой: теоретические и прикладные аспекты // Криосфера Земли. 2002. Т. 6. № 1. С. 25–29.
  19. Zhirkov A., Sivtsev M., Lytkin V., Séjourné A., Wen Z. An assessment of the possibility of restoration and protection of territories disturbed by thermokarst in Central Yakutia, Eastern Siberia // Land. 2023. Vol. 12 (1), 197. https://doi.org/10.3390/land12010197
  20. Патент РФ 2813665. Способ мелиорации земель в криолитозоне / Галкин А.Ф., Жирков А.Ф., Железняк М.Н., Сивцев М.А., Плотников Н.А. Заявл. 22.04.2023. Опубл. 14.02.2024. Бюл. № 5.
  21. Олейников А.И., Скачков М.Н. Модель уплотняемых сыпучих тел и некоторые ее приложения // Информатика и системы управления. 2011. № 4 (30). С. 48–57. EDN: OJOJCL
  22. Винников С.Д., Викторова Н.В. Физика вод суши. СПб.: РГГМУ, 2009. 430 с.
  23. Борисов В.А., Акинин Д.В., Паюл А.Д. Изменения плотности снега при сжимающей нагрузке // Resources and Technology. 2021. Т. 18 (3). С. 77–91. https://doi.org/10.15393/j2.art.2021.5843
  24. Галкин А.Ф., Панков В.Ю., Жиркова Е.О. Расчет термического сопротивления дорожной одежды // Строительные материалы. 2022. № 11. С. 70–75. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-808-11-70-75

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сравнение расчетных значений коэффициента теплопроводности: a – по формулам Абельса (кривая 1) и Осокина (кривая 2); b – процентная степень «несогласия» формул

Скачать (237KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетный коэффициент теплопроводности по формулам Осокина (кривая 3) и 10% диапазон изменения значений коэффициента теплопроводности по формуле Абельса (кривые 1 и 2)

Скачать (149KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Процентное расхождение результатов расчета коэффициента теплопроводности двухслойного снежного покрова в зависимости от коэффициента уплотнения первого слоя

Скачать (110KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2024