Теплофизические свойства загрязненных дизельным топливом грунтов

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами грунтов в талом состоянии может изменить их тепловой режим. Нефтепродукты во влажной пористой среде, как правило, практически не смешиваются с водой из-за не способности образовать водородные связи и присутствуют в виде разрозненных капель, отдельных включений, окруженных водной пленкой [1]. Сложность процесса переноса тепла обусловлена, во-первых, тем, что теплопроводящие свойства компонент, из которых состоит грунт, изменяются в широком диапазоне; во-вторых, в дисперсной системе такой, какой являются грунты со своеобразной структурой порового пространства, передача тепла происходит кондуктивным, конвективным и лучистым теплообменом. Теплопроводность нефтепродуктов и составляющих их углеводородов по данным работ [2, 3] изменяется от 0,11 до 0,14 Вт/(м∙К). Теплопроводность воды при температуре 20 0 С составляет 0,59 Вт/(м - К) [4].

Зависимость теплофизических свойств компонент, слагающих загрязненную нефтепродуктами дисперсную среду от температуры не однозначная. Так, с повышением температуры теплопроводность нефтепродуктов и породообразующих минералов уменьшается, а воды увеличивается. Теплоемкость воды с повышением температуры падает, а нефтепродуктов и породообразующих минералов увеличивается. Величина удельной теплоемкости нефти и нефтепродуктов составляет от 1,8-2,2 кДж/(кг - К) по

Исследование процессов, происходящих в дисперсных средах, коими являются грунты, при наличии нефтепродуктов – актуальная задача в плане совершенствования и разработки мероприятий по профилактике, ликвидации, оценке негативных последствий загрязнения нефтепродуктами. Экспериментальное исследование тепловых свойств грунтов, загрязненных нефтепродуктами, позволит создать базу данных для математического моделирования процессов тепло-переноса в них. В настоящее время из-за отсутствия данных по тепловым свойствам загрязненных грунтов в расчетах часто используются данные, полученные для незагрязненных грунтов. Определение теплопроводности и теплоемкости влажных грунтов, загрязненных дизельным топливом марки Л-0,2-40, плотностью 813 кг/м³, теплопроводностью 0,12 Вт/(м - К) при естественных температурах проводили комплексным методом непрерывного ввода тепла [5]. В качестве объектов исследований были взяты песок, суглинок и супесь.

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности песка при разных степенях загрязнения от влажности: ♦ - z-0%; ■ - z-5%; А - z-10%; О - z-15%

На рис. 1 приведены зависимости теплопроводности чистого и загрязненного песка плотностью 1570 кг/м3 от влажности в талом состоянии. Характер изменения теплопроводности загрязненного песка с ростом влажности такой же, как и в отсутствии загрязнения. Загрязнение песка в талом состоянии способствует переносу тепла. При малых значениях влажности с концентрацией загрязнения равной 15% в талом песке теплопроводность увеличивается на 5-7%. Увеличение теплопроводности происходит также у образцов супеси и суглинка. На рис. 2. и рис. 3 приведены экспериментальные зависимости теплопроводности от влагосодержания для супеси и суглинка при разных степенях загрязнения соответственно. Увеличение теплопроводности в талом состоянии у супеси и суглинка также, как и у песка, происходит при малой влажности. В диапазоне средней и высокой влажности теплопроводность загрязненных образцов супеси и суглинка остается практически равной таковым без загрязнения.

грунт, будет увеличивать общую теплоемкость дисперсной системы. Такие же зависимости построены и для образцов супеси с суглинком, которые представлены на рис. 5-6.

Рис. 3. Зависимость коэффициента теплопроводности суглинка при разных степенях загрязнения от влажности. ♦ - z-0%; □ - z-5%; А - z-10%; х -z-15%

Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности супеси при разных степенях загрязнения от влажности: ▲- z-0%; □ - z-5%; о - z-10%; ■ -z-15%

Рис. 4. Зависимость объемной теплоемкости песка при разных степенях загрязнения от влажности ▲- z-0%; ■ - z-5%; х - z-10%; о - z-15%

У супеси при влагосодержании близком к полному насыщению снижение теплопроводности проявляется сильнее, чем у загрязненного образца песка и составляет 16,4% при максимально возможной концентрации загрязнения в 10%. В талом состоянии теплопроводность у супеси и суглинка увеличивается на 20 и 12% соответственно при концентрации загрязнения 15%. Увеличение теплопроводности в ненасыщенных водой грунтах происходит за счет замещения нефтепродуктом доли порового пространства, приходящейся на воздух.

Рис. 5. Зависимость объемной теплоемкости талой супеси при разных степенях загрязнения от влажности □- z-0%; ■ - z-5%; ♦ - z-10%; ▲ - z-15%

На рис. 4 представлена зависимость объемной теплоемкости от влажности в талом песке. Закономерность характера поведения теплоем-коcти загрязненного песка от влажности в талом состоянии соответствует таковому в отсутствии загрязнения. Как видно из графиков, объемная теплоемкость загрязненного песка увеличивается с ростом концентрации загрязнения. Поскольку теплоемкость является величиной аддитивной, то вклад от теплоемкостей компонент, слагающих

Рис. 6. Зависимость объемной теплоемкости талого суглинка при разных степенях загрязнения от влажности х - z-0%; • - z-5%; ◊ - z-10%; ■ -z-15%

Выводы: получены новые экспериментальные данные по теплопроводности и объемной теплоемкости различных грунтов, загрязненных дизельным топливом, в зависимости от влажности и степени загрязнения. Установлено что:

• 1.    При загрязнении в песке, суглинке и супеси при неполном влагосодержании теплопроводность увеличивается. Влияние загрязнения на

• 2.    Загрязнение образцов грунта увеличивает значения объемной теплоемкости, причем это увеличение происходит пропорционально росту концентрации загрязнителя.

теплопроводность происходит во всем диапазоне концентраций загрязнителя;