Теплопроводность снежного покрова и физические процессы, происходящие в нём под влиянием температурного градиента
Автор: Борисов В.А., Акинин Д.В., Гасилина М.А., Романова А.Р.
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Статья в выпуске: 4 т.20, 2023 года.
Бесплатный доступ
Снег как дорожно-строительный материал представляет собой совокупность фаз вещества одной природы, но разных агрегатных состояний. Снег как полотно пути есть сложная пространственная система, которая в топологическом плане определяется как полирельефная, полизональная, полислоистая, полидисперсная среда. В природных условиях снеговой покров находится под воздействием различных температурных условий по высоте. Верхние слои находятся под влиянием непрерывно меняющейся температуры наружного воздуха, нижние слои соприкасаются с почвой, имеющей в зимнее время температуру, значительно более высокую и устойчивую, чем температура воздуха. Наличие разности между температурами верхнего и нижнего слоёв обуславливает протекание в снеговом покрове процессов, связанных с различной упругостью водяных паров, насыщающих пространство над снежными зёрнами. Из нижних слоёв, имеющих обычно более высокую температуру и, следовательно, более высокую максимальную насыщенную упругость водяных паров, происходит перемещение паров в верхние слои, где температура, а также упругость паров меньше. Для уточнения зависимости коэффициента теплопроводности от плотности в зоне больших значений плотностей авторами поставлены исследования по изучению тепловых свойств снега различной плотности, которые проводились в МГТУ им. Н. Э. Баумана и стали продолжением начатых ранее разработок [1]. При постановке исследования авторами были намечены две основные задачи: обнаружение процесса возгонки и сублимации в снежном массиве, находящемся в неоднородном температурном поле, с последующим выявлением количественной стороны этого процесса и интенсивности его протекания в зависимости от плотности снега. Также определялся коэффициент теплопроводности снега различной плотности.
Снежный массив, плотность снега, свойства снега, зимняя лесная дорога, коэффициент теплопроводности снега
Короткий адрес: https://sciup.org/147243445
IDR: 147243445 | УДК: 536.2 | DOI: 10.15393/j2.art.2023.7243
Thermal conductivity of snow cover and physical processes occurring in it under the influence of temperature gradient
Snow as a road construction material is a combination of phases of the same nature but different aggregate states. Snow as a road surface is a complex spatial system that is topologically defined as a poli-relief, polizonal, multi-layered, and polydisperse medium. In natural conditions, the snow cover is subjected to different temperature conditions at different heights. The upper layers are influenced by continuously changing external air temperature, while the lower layers are in contact with the soil, which has a significantly higher and more stable temperature than that of the air. The temperature difference between the upper and lower layers leads to processes in the snow cover related to different elasticities of water vapors saturating the space above the snow grains. Water vapors move from the lower layers, which usually have higher temperatures and therefore higher maximum saturated vapor pressure, to the upper layers where the temperature and vapor pressure are lower. In order to determine the dependence of the thermal conductivity coefficient on density in the zone of high-density values, the authors conducted research on the thermal properties of snow of different densities. The research was conducted at Bauman Moscow State Technical University, as a continuation of previous studies [1]. The authors set two main objectives for the research: to identify the process of sublimation and evaporation in a snow mass located in a non-uniform temperature field, and to determine the quantitative aspect and intensity of this process depending on the density of the snow. The thermal conductivity coefficient of snow with different densities was also determined.
Список литературы Теплопроводность снежного покрова и физические процессы, происходящие в нём под влиянием температурного градиента
- Борисов В. А., Акинин Д. В., Паюл А. Д. Некоторые вопросы изменения плотности снега при сжимающей нагрузке // Resources and Technology. 2021. Т. 18, № 3. С. 77—91.
- ТарабановМ. Г., Коркин В. Д., Сергеев В. Ф. Влажный воздух: Справ. пособие. М.: НП АВОК, 2004. 50 с.
- Узлов В. А., Шишков Г. И., Щербаков В. В. Основные физические параметры снежного покрова // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева, 2014. С. 1—11.
- Материалы гляциологических исследований. Международная классификация для сезонно-выпадающего снега (руководство к описанию снежной толщи и снежного покрова). Рус. изд. 2012-2.
- Рихтер Г. Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.: Академия наук СССР, 1945. 15 с.
- Морозов В. С. Расчёт однослойных зимних автомобильных дорог на прочность // Инновационная наука. 2015. № 11-2. С. 84—88.
- Аникин А. А., Барахтанов Л. В., Донато И. О. Физико-механические свойства снега как полотна пути для движения машин // Наука и образование, МГТУ им. Н. Э. Баумана: Электронный журнал. 2010. № 10. С. 1—8.
- Павлов А. В. Некоторые вопросы теплофизики снежного покрова // Тепловой баланс леса и поля. М.: Институт географии АН СССР, 1962. С. 186—201.
- Павлов А. В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 286 с.
- International Critical Tables of Numerical Data, Physics, Chemistry and Technology. Vol. 1—3 / Ed. E. W. Washburn.
- Чернов P. A. Экспериментальное определение теплопроводности глубинной изморози // Лёд и Снег. 2013. № 3 (123). С. 71—77.
- Абельс Г. Суточный ход температуры в снегу и зависимость между теплопроводностью снега и его плотностью // Метеорологический вестник. 1893. Т. 3.
- Стаховский И. Р. Методы неравновесной физики в современной сейсмологии: к юбилею Института физики Земли РАН // Пространство и Время. 2018. С. 1—9.
- ЛеоновН. И. Миддендорф А. Ф. (1815—1894) / АН СССР. М.: Наука, 1967. 152 с.
- Кузьмин П. П. Физические свойства снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 178 с.
- Снег: Справочник / Под ред. Д. М. Грея, Д. Х. Мэйла. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 751 с.
- Роль снежного покрова в промерзании грунтов / Н. И. Осокин, В. А. Жидков, Р. С. Самойлов [и др.] // Известия РАН. Серия географическая. 2001. № 4. С. 52—57.
- Влияние снежного покрова на теплообмен с подстилающей поверхностью / Н. И. Осокин, Р. С. Самойлов, А. В. Сосновский [и др.] // Оледенение Северной Евразии в недавнем прошлом и ближайшем будущем / Под ред. В. М. Котлякова. М.: Наука, 2007. С. 15—54.
- Котляков В. М., Осокин Н. И., Сосновский А. В. Математическое моделирование тепломассообмена в снежном покрове при таянии // Криосфера Земли. 2004. Т. VIII, № 1. С. 78—83.
- Арцыбашев С. А. Измерение глубинных температур с помощью термостолбика и несколько наблюдений над зимними температурами Ангары // Метеорологический вестник. 1925. № 2.
- Арцыбашев С. А., Южаков В. М. Определение коэффициента теплопроводности снега // Известия Биолого-географического научно-исследовательского института при Государственном Иркутском университете. Иркутск, 1931. Т. 5, вып. 4. С. 39—42.
- Шнейдер П. Инженерные проблемы теплопроводности. М.: Иностранная литература, 1960. 478 с.
- Власов А. Б. Исследование коэффициента температуропроводности электроизоляционных материалов с помощью тепловизора // Известия Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена, 2004. С. 1—10.
- Соколов А. К. Метод определения температуропроводности и коэффициента теплопроводности по температурам поверхности пластины как полуограниченного тела // Известия высших учебных заведений. Чёрная Металлургия, 2022. С. 57—65.
- Zhen-Dong Cui, Peng-Peng He, Wei-Hao Yang. Mechanical properties of a silty clay subjected to freezing — thawing // Cold Regions Science and Technology. 2014. Vol. 98. P. 26—34.
- Взаимодействия биомолекул: новые экспериментальные подходы и методы / Б. И. Веркин, И. К. Янсон, Л. Ф. Суходуб [и др.]. Киев: Наукова Думка, 1985.
