Моделирование тепломассообменных процессов в мерзлых породах с подвижной ледовой компонентой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.08, доктор геолого-минералогических наук Колунин, Владимир Сергеевич

• Колунин, Владимир Сергеевич
• доктор геолого-минералогических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор геолого-минералогических наук Колунин, Владимир Сергеевич

Обозначения

Введение

Глава 1. Термодинамический аспект криогенного текстурообразования

§ 1. Моделирование криогенного текстурообразования

§ 2.Режеляция

§ 3. Термодинамические свойства пористых сред, насыщенных раствором неэлектролита

3.1. Равновесные свойства объемных растворов

3.2. Диффузия в объемном растворе

3.3. Тепломассоперенос в пористых средах

§ 4. Термодинамические свойства пористых сред, насыщенных раствором электролита

4.1. Равновесные свойства объемных растворов

4.2. Перенос массы в объемном электролите

4.3. Тепломассоперенос в пористом теле с малой удельной поверхностью

Глава 2. Теоретическая модель бипористой среды

§ 1. Модельные пористые среды

§ 2 Перенос тепла и массы в элементах ячейки

2.1 Уравнение распространения тепла

2.2 Уравнения переноса массы в пористом теле с малой удельной поверхностью

2.3 Уравнения переноса массы в пористом теле с развитой удельной поверхностью

§ 3 Тепломассоперенос в элементарной ячейке бипористой среды

3.1 Уравнения тепломассопереноса

3.2 Граничные условия

3.3 Взаимодействие включения льда с внешней средой

§ 4 Баланс тепла и массы в конечном объеме ячейки

§ 5. Метод анизотропной проводимости 120 5.1 Теплопередача через ячейку с бесконечной горизонтальной проводимостью 122 5.2. Теплопередача через ячейку с нулевой горизонтальной проводимостью

5.3 Сравнение эффективных коэффициентов теплопроводности

§ 6. Коэффициенты переноса пористой среды с ледяными включениями

6.1. Решение тепловой задача

6.2. Решение задачи фильтрации, диффузии и электропроводности

6.3. Скорость льда и коэффициенты переноса

Глава 3. Тепломассообменные свойства бипористой среды, насыщенной раствором неэлектролита

§ 1 Лед с включениями ■

1.1. Постановка задачи

1.2. Решение тепловой задачи

1.3. Решение задачи фильтрации

1.4. Решение задачи диффузии

1.5. Скорость движения льда

1.6. Эффективная теплопроводность льда с частицами

§ 2. Пористая среда с ледяными включениями

2.1. Решение тепловой задачи

2.2. Решение задачи фильтрации

2.3. Решение задачи диффузии

2.4. Скорость движения льда и коэффициенты переноса

2.5. Свойства среды 195 2.5.1. Эффективная теплопроводность ячейки 2.5.2. Осмос

2.5.3. Термоосмос

Глава 4. Тепломассообменные свойства бипористой среды, насыщенной раствором электролита

§ 1. Лед с пористыми частицами

1.1. Скорость движения льда

1.2. Теплопроводность льда с частицами

1.3. Электрическое поле во льду с частицами

1.4. Свойства льда с пористыми частицами

1.4.1. Коэффициент теплопроводности

1.4.2. Потенциал термоэлектрополяризации (термоЭДС)

§ 2. Пористая среда с ледяными включениями

2.1. Тепло проводящие свойства среды

2.1.1. Эффективная теплопроводность открытой ячейки

2.1.2. Эффективная теплопроводность закрытой ячейки

2.2. Осмотические свойства среды

2.3. Электрические свойства среды

2.3.1. Электроосмос

2.3.2. Потоковый потенциал

2.3.3. Термоэлектрополяризация

Глава 5. Экспериментальное исследование тепломассообменных свойств водонасыщенной керамики с макровключением льда

§ 1. Методика эксперимента

§2. Тепломассоперенос под действием градиента давления

§3. Тепломассоперенос под действием градиента температуры

§4. Результаты и обсуждение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование тепломассообменных процессов в мерзлых породах с подвижной ледовой компонентой»

Актуальность. В основе проектирования объектов промышленного и гражданского строительства лежит знание физико-механических свойств грунтов и их реакции на изменение условий окружающей среды. Хозяйственная деятельность человека в регионах с холодными климатом * нарушает естественный тепловой режим грунтовых толщ. В» результате основания сооружений могут быть подвержены недопустимым деформациям» Особенно сильные изменения происходят в водонасыщенных мелкодисперсных грунтах при замерзании и оттаивании. Неотъемлемая составляющая прогноза устойчивости строительных объектов в условиях холодного климата- - моделирование тепломассообменных процессов в промерзающих и протаивающих грунтах.

В грунтовых системах замерзание воды или' плавление льда вызывает относительное перемещение компонентов ^ может приводить^ необратимым структурным и текстурным изменениям. В естественных условиях, как результат движения влаги, к границе промерзания, влажность мелкодисперсного мерзлого* грунта, оказывается выше* влажности талого. Экспериментальными исследованиями установлена совокупность различных факторов, влияющих на скорость миграции влаги. Это, в первую очередь, свойства грунта - дисперсность, минералогический состав, засоленность, состав обменных катионов, а также характер взаимодействия системы с окружающей средой - скорость промерзания и гидравлическая связь с водоемом [Тютюнов, Нерсесова, 1963].

Поскольку в мелкодисперсных грунтах фазовое превращение воды* в лед I занимает некоторый температурный диапазон, то текстурные изменения в системе происходят не только вблизи границы промерзания, но и внутри массива мерзлого грунта [Ершов, 1979; Чеверев, 2004]. Массообменные процессы в мерзлых грунтах могут быть инициированы, помимо градиента температуры, иными термодинамическими силами - градиентами давления жидкости, концентрации раствора и электрического потенциала [Основы геокриологии, 1995]. Существование жидкой фазы в дисперсных средах, содержащих лед, обеспечивает относительно высокую скорость массообмена внутри среды в некотором диапазоне температуры.

В основе теоретических моделей тепломассообменных процессов, происходящих в промерзающем или' мерзлом грунтах лежат законы тепломассопереноса, которые в общем виде представляет собой функциональную * зависимость потоков^ тепла и массы от градиентов термодинамических потенциалов» - температуры, давления жидкости, концентрации раствора и электрического<потенциала. Если система находится' вблизи состояния равновесия, эта зависимость, представляет собой линейную форму [Де Гроот, Мазур, 1964; Хаазе, 1967]. Коэффициенты переноса, входящие в эти соотношения* определяются-1 экспериментально. К настоящему времени наиболее изученным» оказываются\ теплопроводящие [Теплофизические- свойства., 1984; Комаров, 2003], фильтрационные [Williams, Burt, 1974; Horiguchi, Miller, 1983]' и диффузионные1 [Murrmann,-1973; Чувилин, Смирнова, 1996, Ohuvilin, 1999, Brouchkov, 2000] свойства мерзлых пород. В' меньшей степени представлены экспериментальные работы по термоосмотическим [Perfect, Williams, 1980] и электроосмотическим свойствам [Ананян, 1952; Иванов, 1957; Hoekstra, Chamberlain, 1964; Van Gassen, Segó, 1991]. Измерение коэффициентов переноса мерзлых дисперсных сред занимает достаточно длительное время; в,течение которого, как правило, меняется текстура мерзлой породы. Текстурные преобразования сопровождаются движением жидкой фазы относительно твердых составляющих. Роль такого движения особенно велика В: диффузионных процессах - скорость диффузии химических элементов в мерзлых породах оказывается одного порядка со скоростью диффузии в талых.

Иногда рассматриваемая система обнаруживает, на первый взгляд, неожиданные свойства. Известно, что в условиях закрытой системы в однородном полностью водонасыщенном мерзлом грунте под действием градиента температуры, близкого по величине к природному, происходит миграция воды в сторону более низкой температуры [Ершов, 1979]. В условиях же открытой системы наблюдается обратная картина - поток массы, проходящий через образец мерзлого грунта, совпадает по направлению с градиентом температуры [Perfect, Williams, 1980]. Если в первом случае движение воды сопровождается деформируемостью скелета пористой^ среды, иначе оказывается невозможным изменение влажности грунта, то во втором случае деформируемость скелета«играет второстепенную роль, а поток массы в образце есть следствие относительного движения льда и.частиц грунта.

При моделировании тепломассообменных процессов в мерзлых грунтах необходимо учитывать оба. эти фактора'. При этом, следует иметь в виду, что деформирование скелета грунта всегда1 сопровождается движением льда.

Проблема1 состоит в установлении общих закономерностей относительного движения твердых фаз (льда и грунтовых частиц) в мерзлых и промерзающих грунтах. Последовательное решение задачи предполагает, что на первом этапе исследования фактор деформирования скелета должен^ быть исключен из рассмотрения. Это можно сделать посредством использования пористых материалов с жестким скелетом.

Объект исследования - мерзлая жесткая1 бипористая среда, содержащая жидкую фазу.

Предмет исследования — тепломассообменные свойства указанной выше системы.

Основная цель работы. Установить роль движения льда относительно минерального каркаса в-тепломассообменных процессах в мерзлых пористых i средах вблизи температуры начала замерзания. Для достижения»поставленной цели решались следующие задачи: разработка модели бипористой среды регулярной структуры и установление связи между потоками и термодинамическими силами; определение коэффициентов теплопроводности льда с пористыми частицами и коэффициентов переноса пористой среды с включениями льда, мелкопористая часть которых насыщена водным раствором неэлектролита; определение коэффициентов теплопроводности и термоэлектрополяризации льда с пористыми частицами и коэффициентов переноса пористой среды с включениями льда, мелкопористая часть которых насыщена водным раствором электролита и обладает осмотическими и электроосмотическими свойствами; разработка экспериментального метода и создание установки по определению коэффициентов переноса- мерзлых пористых сред с высоким разрешением по температуре. Измерение тепломассообменных характеристик пористой среды с включением льда и проведение сравнительного > анализа с теорией.

Научная новизна работы. установлено, что законы переноса тепла и массы для, мерзлой бипористой среды представляются в общем виде: потоки тепла и массы» линейно зависят от всей совокупности термодинамических сил — градиентов температуры, давления жидкости, концентрации раствора и электрического потенциала; доказано, что движение льда в пористой среде, насыщенной раствором неэлектролита заметно увеличивает теплопроводящую, термоосмотическую и осмотическую способность среды; доказано, что движение льда в пористой среде, насыщенной раствором электролита, значительно увеличивает термоэлектрическую способность среды и практически не сказывается на величинах электроосмоса и потокового потенциала; показано, что осмотические и электроосмотические свойства мелкопористой части среды существенно влияют на тепломассообменные свойства бипористой среды; впервые определена в эксперименте вся совокупность коэффициентов переноса образца мерзлой пористой среды и выявлена двоякая роль незамерзшей воды между льдом и скелетом пористой среды.

Практическая значимость работы;.

Прогноз влияния температурных условий: на устойчивость сооружений, находящихся,в холодных- климатических условиях, основан на моделировании тепломассообменных процессов в промерзающих или протаивающих грунтах. . Неотъемлемыми; составляющими! теоретических, моделей криогенного текстурообразоваиия и влагонакопления являются законы; переноса тепла;, и массы. Настоящим: исследованиемч обосновывается, что законы переноса? для мерзлой породы, которая? содержит в своем составе достаточное количество незамерзшей воды, должны; иметь, общую? форму: потоки тепла, и■ массы-линейно» выражаютсячерез :всю:>совокупносттермодинамических сил.

Скорость и направление движения льда внутри пористых объектов регулируются внешними^ градиентами термодинамических величин и зависят от- тепломассообменных свойств среды. Размещенный внутри; микробиологогического объекта лед может служить инструментом; для изучения особенностей функционирования.биологических систем и способом воздействия на их свойства.

В мембранной технологии для нахождения максимального размера сквозных каналов применяется «метод определения: точки пузырька плоских мембран» (ГОСТ Р 50516-93). Этим методом, определяют размеры пор в диапазоне 0,1 - 15 мкм. Нами предложен способ определения максимального размера сквозных в диапазоне 0;(У4 —2 мкм-. по * проникновению? льда через фильтр, который по сравнению с методом пузырька имеет ряд:преимуществ.

На защиту выносятся. 1. Теоретическая модель бипористой среды и общие результаты исследований ее тепломассообменных свойств: законы переноса тепла и массы в мерзлых пористых средах вблизи; температуры начала замерзания имеют общую форму — потоки тепла и массы, выражаются через всю совокупность термодинамических сил: градиенты температуры, давления жидкости, концентрации раствора и электрического потенциала.

2. Результаты исследования тепломассообменных свойств бипористой среды, насыщенной раствором неэлектролита: увеличение значений коэффициентов теплопроводности, осмоса и- термоосмоса мерзлых пористых сред вблизи температуры начала замерзания есть следствие движения льда относительно минерального каркаса.

3. Результаты исследования тепломассообменных свойств бипористой среды, насыщенной, раствором. электролита: наличие льда в. пористой', среде значительно1 усиливает его термоэлектрополяризационные свойства и-ослабляет электроосмотическую способность,среды, в то время, как значение потокового потенциала слабо зависит от содержаншгльда в пористой среде.

41 Результаты, экспериментальных исследований" тепломассообменных свойств водонасыщенной« пористой керамики: с* включением^ льда:, показано,-что измеренные коэффициенты* переноса, близки по-величине-к расчетным;, обнаружена слабая' зависимость величин коэффициентов' от температуры в. диапазоне -0,01 ^--0,05град. Цельсия; подтверждена выполнимость принципа взаимности^ Онзагера для систем с фазовыми' переходами. Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических' исследований показывает, что незамерзшая-вода'между льдом, и поверхностью минерала выполняет двоякую роль: с одной-стороны, уменьшает скорость.движения льда и, как следствие, снижает массоперенос воды в твердой фазе, с другой стороны, служит дополнительным водотоком,, тем самым, повышая- массоперенос в жидкой фазе.

Личный вклада соискателя. Основные результаты по теме диссертации получены лично автором.

Работа выполнена в соответствии с планами научных исследований ИКЗ СО РАН, включая интеграционные программы СО РАН №№ 13 и 122), и на отдельных этапах была поддержана грантами: РФФИ 05-05-64228-а;

Губернатора Тюменской области 2007 г. "Режеляционный способ очистки воды"; Губернской Академии 2007, 2008 гг.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих конференциях: 9 межотраслевой научно-методологический семинар (Тюмень, 2002); Международная конференция Permafrost (Zurich, Switzerland, 2003), Международная конференция "Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения" (Пущино, 2003), Международная конференция «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004), Международная конференция «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений» (Тюмень, 2006), Международная конференция «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения» (Тюмень, 2008).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ, включая 1 книгу (в соавторстве), 9 статей в рецензируемых зарубежных (International Journal of Heat and Mass Transfer - 4 статьи) и отечественных журналах, в том числе из перечня ВАК - 5 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 262 страницы, в том числе 46 рисунков и 4 таблицы, список литературы содержит 205 наименований.

Заключение диссертации по теме «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение», Колунин, Владимир Сергеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе представлена теоретическая модель мерзлой бипористой среды, исследованы ее тепломассообменные свойства и показана роль режеляционного движения льда в процессах тепломассообмена. Проведено сравнение выводов теории с экспериментальными данными. Основные результаты и выводы проделанной работы представлены ниже.

1. Для! понимания роли льда в тепломассообменных процессах в дисперсных средах и; в частности, вг мерзлых и промерзающих грунтах предложена модель бипористой среды, на основе которой изучены свойства двух" систем: мелкопористой среды с включениями льда и льда с мелкопористыми' частицами. Установлено, что вследствие- движения льда относительно каркаса пористой среды законы,переноса имеют общий вид, т.е. потоки тепла и массы линейно выражаются через всю совокупность' термодинамических сил: градиенты, температуры, давления' жидкости, концентрациюфаствора и электрического потенциала. По лучен явный вид коэффициентов переноса и подтверждена выполнимость принципа взаимности Онзагера для систем-с фазовыми переходами.

2. Изучением тепломассообменных свойств бипористых сред, насыщенных раствором неэлектролита, показано, что» возрастание значения коэффициента теплопроводности мерзлой* породы, по сравнению- с коэффициентом теплопроводности талой, а также значительное увеличение величин термоосмотического и осмотического коэффициентов есть следствие движения льда относительно минерального каркаса пористой среды.

3. Изучение тепломассообменных свойств бипористых. сред, насыщенных раствором электролита, подтвердило значимость движения- льда на их термоэлектрические свойства. Электроосмос, потоковый потенциал, термоэлектрополяризация среды становятся слабее с увеличением концентрации порового раствора. Осмотические и электроосмотические свойства мелкопористой составляющей существенно влияют на тепломассообменные свойства бипористой среды в области высоких концентраций раствора.

4. Создан экспериментальный комплекс, включающий систему измерения и обработки данных, для изучения тепломассообменных свойств мерзлых пористых сред с высоким разрешением по температуре. Найдены коэффициенты переноса водонасыщенного образца керамики с включением льда в диапазоне температуры -0,05 0 С. Величины коэффициентов уменьшаются с понижением температуры образца. На графике зависимости недиагональных коэффициентов от температуры наблюдается слабый максимум вблизи температуры -0,02 С. Сравнительный анализ данных эксперимента с теоретическими расчетами показывает, что наиболее вероятная причина их отличия - незамерзшая вода между льдом и поверхностью твердого тела, которая играет двоякую роль. С одной стороны, гидросопротивление пленки незамерзшей воды тормозит движение льда, уменьшая массоперенос в фазе льда, с другой, наличие незамерзших каналов увеличивает долю массопереноса через среду в жидкой фазе.

Список литературы диссертационного исследования доктор геолого-минералогических наук Колунин, Владимир Сергеевич, 2011 год

1. Аникин Г.В., Поденко Л.С., Феклистов В.Н. Тепломассоперенос в вертикальном парожидкостном сифоне // Криосфера Земли, 2009, Т. 13, №3, 54-58.

2. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М;, Высшая школа, 1984, 520с.

3. Артеменко А.И., Малеванный В.А., Тикунова И.В. Справочное руководство по химии. Москва, Высшая школа, 1990, 304с.

4. Бардзокас Д.И., Зобнин А.И. Математическое моделирование физических процессов в композиционных материалах периодической структуры. М., УРСС, 2003, 376с.

5. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М., Химия, 1974, 688с.

6. Бровка^ Г.П. Тепло- и массоперенос в природных' дисперсных системах при промерзании. Минск, изд., Навука i тэхшка, 1991,„195с.

7. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Основы фильтрации воды. М., Мир, 1971, 452с.

8. Возный П.А., Чураев Н.В. Термоосмотическое течение воды в пористых стеклах. 1. Методика исследований // Коллоидный журнал, 1977, 34, 2, 264269.

9. Возный- П.А., Чураев Н.В. Термоосмотическое течение воды в пористых стеклах. 2. Результаты измерений // Коллоидный журнал, 1977, 34, 3, 438443.

10. Гегузин Я.Е., Дзюба A.C. Исследование жидких включений в кристалле каменной соли во всем температурном интервале их существования // Кристаллография, 1973, 18, 4, 813-881.

11. Гегузин Я.Е., Дзюба A.C., Кружанов B.C. Исследование поведения жидких включений в кристалле в поле температурного градиента // Кристаллография, 1975, 20, 2, 383-391.

12. Геннадиник Б.И. Теория явления вызванной поляризации. Новосибирск, Наука, 1985, 280с.

13. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород / под ред. H.H. Веригина / М., Недра, 1977, 272с.

14. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород /под ред. H.H. Веригина/ М., Недра, 1977, 272с.

15. Головко М.Д. Обзор современных математических моделей промерзающих влажных грунтов // Термодинамические аспекты механики мерзлых грунтов. М., Наука, 1988,30-45.

16. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П. Влияние температуры и минерализации подземных вод на проницаемость глинистых водоупоров // Гидрология. Инженерная геология и строительные материалы. М., Наука, 1980, 73-77.

17. Горелик Я.Б., Колунин B.C., Решетников А.К. Простейшие физические модели криогенных явлений//Криосфера Земли, 1997, Г, 3, 19-29:

18. Горелик Я.Б., Колунин B.C. Физика и моделирование криогенных процессов в литосфере. Новосибирск, изд. СО РАН, филиал «Гео», 2002, 318с.

19. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий, справочник по химии. Киев, Наукова думка, 1987, 830с.

20. Гречищев С.Е., Павлов A.B., Шешин Ю:Б., Гречищева О.В. Экспериментальные закономерности формирования переохлаждения поровой влаги при объемном замерзании дисперсных грунтов // Криосфера Земли, 2004; Т.8, №4, 41-44.

21. Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Шур Ю.Л. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз. М., Недра, 1980, 384с.

22. Де Гроот С., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М., Мир, 1964, 456с.

23. Дерягин Б.В., Духин С.С. Применение термодинамики необратимых процессов к диффузионно- электрической теории электрокинетических явлений // Исследование в области поверхностных сил. М., Наука, 1967, 304-324.

24. Дерягин Б.В., Чураев H.B. Течение незамерзающих прослоек воды и морозное разрушение пористых тел // Коллоид, ж., 1980, 42, 5, 842-852.

25. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М., Наука, 1985,398с.

26. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. JL, Энергия, 1974, 264.

27. Дуров В.А., Агеев Е.П. Термодинамическая теория растворов. М!, УРСС, 2003, 246с.

28. Евстратова К.И., Купина H.A., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1990, 488с.

29. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. М., Изд-во Московского ун-та, 1979, 216с.

30. Ершов Э.Д., Хрусталёв JI.H., Дубиков Г.И., Пармузин С.Ю. Инженерная геокриология. М.', Недра, 1991, 439 с.

31. Иванов В.И. К вопросу о фильтрации воды в мерзлых грунтах // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых' грунтов, вып. 3, М., Изд-во Академии наук СССР, 1957, 151-162. 1

32. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным'уравнениям. М., Наука, 1971,576с.

33. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердью тел. М., Наука, 1964, 488с.

34. Колунин B.C. Перенос воды и льда в пористых средах вблизи точки фазового перехода // Криосфера Земли. 2003а, Т. 7, № 36 С. 55-62.

35. Колунин B.C. Тепломассоперенос в пористых средах в области интенсивных фазовых переходов. Институт криосферы Земли СО РАН, Тюмень, 20036. 62с. (Деп. ВИНИТИ 18.04.03, Ж746-В2003).

36. Колунин B.C. Теплоперенос в средах с тепловыми диполями // Материалы международной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения», ГХущино, 2003в, с. 214.

37. Колунин B.C. Тепломассоперенос в пористой среде с ледяными включениями // Криосфера Земли, 2004а, Т.8, №4, 45-53.

38. Колу нин B.C. Тепломассоперенос в двухфазных пористых средах, насыщенных водным раствором. Институт криосферы Земли СО РАН. Тюмень. 20046. 84с. (Деп. ВИНИТИ 26.02.04, №347-В2004).

39. Колунин B.C. Теплопроводность льда с пористыми частицами // Материалы международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций», Тюмень, 2004в, с. 136.

40. Колунин B.C. Теплопроводность льда с пористыми частицами»// Криосфера Земли, 2005а, Т.9, №4, 34-41.

41. Колунин B.C. Процессы переноса в пористых средах, насыщенных водным раствором электролита и содержащих лед. Институт криосферы Земли СО РАН. Тюмень. 20056. 46с. (Деп. ВИНИТИ 31.05.05, №780-В2005).

42. Колунин B.C., Колунин A.B. Тепломассообменные свойства бипористых материалов, содержащих лед. Институт криосферы Земли СО РАН. Тюмень. 20086. 61с. Деп. ВИНИТИ 05.08.1, №664-В2008).

43. Колунин B.C., Колунин A.B., Писарев. А.Д. Бипористая среда как модель мерзлого грунта // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения», Тюмень, 2008, 402-403.

44. Колунин B.C., Колунин A.B. Термоэлектрополяризация льда с пористыми частицами. II. Механизм двойного электрического слоя // Криосфера Земли, 2009, Т. 13, № 3, 40-48.

45. Колунин B.C., Колунин A.B., Писарев А.Д. Тепломассоперенос через водонасыщенную керамику с включением льда под действием различныхтермодинамических сил. 1. Градиент давления жидкости // Криосфера Земли, 2011, Т. 15, № 3, в печати.

46. Колунин B.C., Колунин A.B., Писарев А.Д. Вклад движения льда в тепломассообменные свойства пористых сред // Криосфера Земли, 2011, Т. 15, № 4. в печати.

47. Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мерзлых породах. М., Научный мир, 2003, 608с.

48. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. М., Наука, 1976, 256с.

49. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М., Атомиздат, 1979, 416с.

50. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М., Энергоатомиздат, 1990, 368с.

51. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М., Наука, 1964, 568с.

52. ЛевичВ.Г. Физико-химическая гидродинамика. М., Физматгиз, 1959, 700с.

53. Леммлейн Г.Г. Перемещение жидкого включения в кристалле в направлении к источнику тепла // Доклады АН СССР, 1952, 85, 2, 325-328.

54. Микростроение мерзлых пород. Под. ред. Э.Д. Ершова. М., изд. Московского университета, 1988, 183с.

55. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Вопросы термодинамики и строения водных и неводных растворов электролитов. Л., Химия, 1968, 352с.

56. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. М., Наука, 1987, 464с.

57. Основы геокриологии. Часть 1. Физико-химические основы геокриологии. М., Изд-во Московского ун-та, 1995, 368с.

58. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л., Энергия, 1976, 352с.

59. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск, Наука, 1966,510с.

60. Разбегин В.Н. Термодинамические аспекты механики мерзлых грунтов. М., Наука, 1983, 104с.

61. Рельтов Б.Ф., Новицкая H.A. Осмотические явления в связных грунтах при неравномерном их засолении // Известия ВНИИ гидротехники, 1954, т.51, 94- 122.

62. Робинсон Р., Стоке Р. Растворы электролитов. М., изд., Иностранная литература, 1963, 646с.

63. Савельев Б.А. Физико-химическая механика мерзлых пород. М., Недра, 1989, 216с.

64. Сергеев Е.М., Голодковская Г.А., Зиангиров P.C., Осипов В.И., Трофимов В.Т. Грунтоведение. М., изд. Московского университета, 1971, 596с.

65. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М., Высшая школа, 1988, 496с.

66. Теплофизические свойства горных пород. М., Изд-во Московского ун-та, 1984, 204с.

67. Термопары. Номинальные статические характеристики. ГОСТ Р8.585-2001, М., Госстандарт России, 2002, 78с.

68. Тютюнов И.А., Нерсесова З.А. Природа миграции воды в грунтах при промерзании и основы физико-химических приемов борьбы с пучением. М., Изд-во Академии наук СССР, 1963, 158с.

69. Фазовый состав влаги в мёрзлых породах. Под. ред. Э.Д. Ершова. М., изд-во Московского университета, 1979, 192с.

70. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л., Химия, 1984, 368с.

71. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1998, 516с.

72. Хаазе Р. Термодинамика необратимых процессов. М., Мир, 1967, 544с.

73. Цытович H.A. Механика мерзлых грунтов. М., Высшая школа, 1973, 448с.

74. Чеверев В.Г. Природа криогенных свойств грунтов. М., Научный мир, 2004, 234с.

75. Чернов A.A. О движении включения в твердом теле // ЖЭТФ, 1956, 31, 4(10), 709-710.

76. Чувилин Е.М., Смирнова О.Г. Миграция химических элементов в мерзлых породах // Материалы первой конференции геокриологов России, книга 2. М., Изд-во Московского ун-та, 1996, 116-129.

77. Чураев Н.В. Физико-химия процессов массопереноса в пористых телах. М., Химия, 1990, 272с.

78. Шавлов А.В. Лед при структурных превращениях. Новосибирск, Наука, 1996, 188с.

79. Шорин С.Н. Теплопередача. М., Высшая школа, 1964, 492с.1

80. Эткинс П. Физическая химия. Т.2. М., Мир, 1980, 584с.

81. AD7794 data sheet, Analog Devices Inc., 2006, www.analog.com.

82. Bear J. Dynamics of fluids in porous media. Am. Elsevier Publishing Co., New York, 1972, 764p.

83. Bellucci F., Drioli E., Surama- F.G., Gaeta F.S., Mita D.G., Pagliuca N. Thermodialysis of non-ideal aqueous solutions. An experimental study. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2, 1979, 75, 247-260.

84. Black P.B., Miller R.D. Hydraulic conductivity and unfrozen water content of airfree frozen silt // Water Resour. Res., 1990, 26, 2, 323-329.

85. Bottomley J.Th. Melting and regelation of ice // Nature, 1872, N5, 185-185.

86. Brouchkov A. Salt and water transfer in frozen soil induced by gradient of temperature and salt content// Permafrost Periglac. Processe., 2000, 11, 153-160.

87. Burt T.P., Williams P.J. Hydraulic conductivity in frozen soils // Earth Surface Processes, 1976, 1, 349-360.

88. Carnahan C.L. Thermodynamic coupling of heat and matter flows in near-field regions of nuclear waste repositories // Mat. Rec. Soc. Symp. Proc., 1984, V.26, 1023-1030.

89. Carnahan C.L. Thermal osmosis near a buried heat source // Int. Comm. Heat Mass Transfer, 1986, 13, 659-664

90. Cheverev V.G., Vidyapin I.Y. The. hydraulic conductivity of freezing .saline soils // Proc. 8th Int. Conf. on Permafrost, 21-25 July 2003, Zurich, Switzerland/ M.

91. Philips, S.M. Springman, L.U. Arenson, Eds. Taylor & Francis. - 2003. - P. 135- 137.

92. Chuvilin E.M. Migration of ions of chemical elements in freezing and frozen soils //

93. Polar Record, 1999, 35, 192, 59-66. Colbeck S.C., Parssinen N. Regelation and the deformation of wet snow // J.

94. Glaciology, 1978, 21, 85, 639-650. Dirksen C. Thermo-osmosis through compacted saturated clay membranes // Soil

95. Sci. Soc. Amer. Proc., 1969, 33, 6, 821-826. Faraday M. Note on regelation // Proc. Royal Soc. London, 1860, vol. 10, 440-450 Drake L.D., Shreve R.L. Pressure melting and regelation of ice by round wires //

96. Geololgy, 1981, 18, 225-229. Frank F.C. Regelation. A supplementary notes // Phil. Mag., 1967, 16, 8', 12671274.

97. Gilpin R.R. A model for the prediction of ice lensing and frost heave in soils // Water Resour. Res., 1980, 16, 5, 918-930.

98. Gilpin R.R. Wire regelation at low temperatures // J. Colloid Interface Sci. 1980, 77, 2, 435-448.

99. Goldstein W.E., Verhoff F.H. An investigation of anomalous osmosis andthermoosmosis // AIChE J., 1975, 21, 2, 229-238. Gray D.H., Mitchell J.K. Fundamental aspects of electro-osmosis in soils // J. Soil

100. Mech. Foundations Div., Proc. ASCE, 1967, 93, 6, 209-236. Groenevelt P.H., Kay B.D. On the interaction of water and heat transport in frozen and unfrozen soils: II. The liquid phase // Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1974, 38, 3, 400-404.

101. Kay B.D., Groenevelt P.H. On the interaction of water and heat transport in frozenand unfrozen soils: Basic theory; The vapor phase // Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1974, 38, 3, 395-400.

102. Heat Mass Transfer, 1972, 15,5, 1057-1066. Hanley T.O'D., Rao S.R. Freezing potentials in wet clayes. I. Early results // Cold

103. Regions Sci. Technology, 1980, 3, 163-168. Harrison J.D. Measurement of brine droplet migration in ice // J. Appl. Phys., 1965, • 36, 12,3811-3815.

104. Hoekstra P., Miller R.D. On the mobility of water molecules in the transition layer between ice and a solid surface // J. Colloid Interface Sci., 1967, 25, 166-173.

105. Horiguchi K., Miller R.D. Experimental studies with frozen soil in an «ice sandwich» permeameter // Cold Regions Science Technol., 1980, 3, 177-183.

106. Horiguchi K., Miller R.D. Hydraulic conductivity functions of frozen materials // Permafrost. Proc. Fourth Int. Conf., Fairbanks, Alaska, 17-22 July 1983. National Academy Press, Washington, D.C., 1983, 504-508.

107. Horseman S.T., Higgo J.J.W., Alexander J., Harrington J.F. Water, gas and solute movement through argillaceous media // Report CC-96/1, Nuclear Energy Agency, 1996, 290p.

108. Hynninen T., Heinonen V., Dias C.L., Karttunen M., Foster A.S., Ala-Nissila- T. Cutting Ice: Nanowire Regelation // Phys. Rev. Lett., 2010, 105, 086102, 4p.

109. Jellinek H.H.G., Ibrahim S.H. Sintering of powdered ice // J. Colloid Interface Sci. 1967. 25. 245-254.

110. Katchalsky A., Curran P.F. Nonequilibrium thermodynamics in biophysics. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press, 1965, 248p.

111. Kamb W.B., LaChapelle E.R. Direct observation of the mechanism of glacier sliding over bedrock//J. Glaciol. 1964, 5, 159-179.

112. Kay B.D., Groenevelt P.H. On the interaction'of water and heat transport in frozen and unfrozen soils: Basic theory; The vapor phase // Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1974,38, 3,395-400.

113. Kay B.D., Perfect E. State of the art: Heat and,mass transfer in freezing soils // Proc. 5th Int. Symp. on Ground Freezing. 1988. 3-21.

114. Keijzer J.S., Kleingeld P.J., Loch J.P.G. Chemical osmosis in compacted clayey material and the prediction of water transport // Eng. Geology, 1999, 53, 151-159.

115. Keijzer J.S., Loch J.P.G. Chemical osmosis in compacted dredging sludge // Soil Sci. Soc. Amer. J., 2001, 65, 1045-1055.

116. Kemper W. D., Rollins J. B. Osmotic efficiency coefficients across compacted clays // Soil Science Society of America Proceedings, 1966, 30, 529-534.

117. Ketcham W.M., Hobbs P.V. An experimental determination on the surface energies of ice // Phil. Mag., 1969, 19, 1161-1173.

118. Kharaka Y.K., Smalley W.C. Flow of water and solutes through compacted clays // Amer. Assoc. Petr. Geol. Bull., 1976, 60, 6, 973-980.

119. Kingery W.D. Regelation, surface diffusion, and ice sintering // J. Appl. Physics, 1960,31,833-838.

120. Kolunin V.S. Water and ice transfer in porous media near the phase transition point // Proc. 8th Int. Conf. on Permafrost, 21-25 July 2003, Zurich, Switzerland/ M. Philips, S.M. Springman, L.U. Arenson, Eds. Taylor- & Francis. - 2003. - P. 573-578!

121. Kolunin V.S. Heat and mass.transfer in porous media with ice inclusions near the freezing-point // Int. J. Heat Mass Transfer, 2005, 48, 6, 1175-1185r

122. Kolunin V.S., Kolunin A.V. Heat and mass transfer in saturated porous media with ice inclusions // Int: J. Heat Mass Transfer, 2006, 49, 6, 2514-2522.

123. Kolunin V.S., Kolunin A.V. Electrical cross-effects in porous media with ice inclusions. I. Diffusion mechanism.// Int. J. Heat Mass Transfer, 2009a, 52, 7-8, 1627-1634.

124. Mader H.M. Observation of the water-vein system in polycrystalline ice // J. Glaciol., 1992, 38, 130, 333-347.

125. Malusis M.A., Shackelford C.D., Olsen H.W. A laboratory apparatus to measure chemico-osmotic efficiency coefficients for clay soils // Geotechnical Testing Journal, 2001, 24, 3, 229-242.

126. Malusis M.A., Shackelford C.D., Olsen H.W. Flow and transport through clay membrane barriers // Eng. Geology, 2003, 70, 235-248

127. Malusis M.A., Shackelford C.D. Explicit and implicit coupling during solute transport through clay membrane barriers // J. Contam. Hydrology, 2004, 72, 259285.

128. Meerburg J.H. On the motion of a metal wire through a piece of ice // Huygens Institute Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAWS), Proceedins, 9 II, 1906-1907, Amsterdam, 1907, 718r726.

129. Meerburg J.H. On the motion of a metal wire through a piece of ice // Huygens Institute Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAWS), Proceedins, 11, 1908-1909, Amsterdam, 1909, 886-890.

130. Mengual J.I., Garcías López F., Fernández-Pineda С. Permeation and thermal osmosis of water through cellulose acetate membranes // J. Membrane Sci., 1986, 26, 2,211-230/

131. Miller D.G. Thermodynamics of irreversible processes. The experimental verification of the Onsager reciprocal relations // Chem. Rev., 1960, 60, 1, 15-37.

132. Miller D.G. Ternary Isothermal Diffusion and the Validity of the Onsager Reciprocity Relations // J. Phys. Chem., 1959, 63, 4, 570-578.

133. Miller R.D. Ice sandwich: functional semipermeable membrane // Science, 1970, 169, 584-585.

134. Miller R.D. Frost heaving in non-colloidal soils // Permafrost. Proc. 3rd Int. Conf., Edmonton, Alberta, Canada, 10-13 July 1978. V.l. Ottawa: Nat. Res. Coun. Canada. 1978, 708-713.

135. Miller R.D., Loch J.P.G., Bresler E., Transport of water and heat in a frozen permeameter// Soil Sci. Soc. Amer. J., 1975, 39, 1029-1036.

136. Nunn K.R., Rowell D.M. Regelation experiments with wires // Phil. Mag., 1967, 16, 8; 1281-1283.

137. Nye J.F. Theory of regelation // Phil. Mag., 1967, 16, 8, 1249-1266.

138. Nye J.F. Glacier sliding without cavitation in a linear viscous approximation //

139. Proceedings of Royal Society. London, 1970, A315, 1522, 381-403. O'Neill K. The physics of mathematical frost heave models: A review // Cold

140. Regions Science and Technology, 1983, 6, 3, 275-291. O'Neill K., Miller R.D. Exploration of a rigid ice model of frost heave // Water

141. Resour. Res., 1985, 21, 3 281-296. Olsen H. W. Liquid movement through kaolinite under hydraulic, electric, and osmotic gradients // The American Association of Petroleum Bulletin, 1972, 56, 10, 2022-2028.

142. Olsen H. W. Simultaneous fluxes of liquid and charge in saturated kaolinite // Soil

143. Sci. Soc. Amer. Proc., 1969, 33, 338-344. Onsager L. Reciprocal relations in irreversible processes. I // Phys. Review, 1931a,37, 4, 405-426.

144. Onsager L. Reciprocal relations in irreversible processes. II // Phys. Review, 1931b,38, 12, 2265-2279.

145. Ornstein L.S. On the motion of a metal wire through a lump of ice // Huygens Institute Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAWS), Proceedins, 8 II, 1905-1906, Amsterdam, 1906, 653-659.

146. Pagliuca N., Mita D.G., Gaeta F.S. Isothermal and non-isothermal water transport in porous membranes. I. The power balance // J. Membrane Sci., 1983, 14, 1,31 -57.

147. Pagliuca N., Bencivenga U., Mita D.G., Perna G., Gaeta F.S. Isothermal and non-isothermal water transport in porous membranes. II. The steady state balance // J. Membrane Sci., 1987, 33, 1, 1 25.

148. Perfect E., Williams P.J. Thermally induced water migration in frozen soils // Cold' Regions Science-Technol., 1980, 3, 101-109.

149. Perkins T.K., Johnston ChC. A review of diffusion and dispersion in porous media // J. Society of Petrol. Engrs., 1963, 3, 1, 70-84.

150. Rao S.R., Hanley T.O'D. Freezing potentials in wet clayes. II. Specific systems // Cold Regions Sci. Technology, 1980, 3, 169-175:

151. Romkens M.J.M., Miller R.D. Migration of mineral particles in ice with a temperature gradient//J. Colloid Interface Sci. 1973, 42, 1, 103-111.

152. Saffman P.G. A theory of dispersion in porous, medium- // J. Fluid Mech., G.B., 1959, 6,3,321-349.

153. Saffman P.G. Dispersion* due to molecular diffusion and macroscopic mixing in flow through a network of capillaries // J. Fluid Mech., G.B., 1960, 7, 2, 194-208.

154. Shackelford C. D. Laboratory diffusion testing for waste disposal. A review // Journal of Contaminant.Hydrology, 1991, 7, 3, 177-217.

155. Shreve R.L. Glacier sliding at subfreezing temperatures // J. Glaciology, 1984, 30, 106, 341-347.

156. Soler J.M. Coupled transport phenomena in the Opalinus clay: implications for radionuclide transport // PSI Bericht Nr. 99-07, Waste Management Laboratory, 1999,- 62p.

157. Soler J.M. The effect of coupled transport phenomena in the Opalinus clay and implications for radionuclide transport//J. Contam. Hydrology, 2001, 53, 63-84.

158. Srivastava R.C., Abrol LP. Cross phenomenological coefficients in clay-water systems: studies on thermo-osmosis // Indian J. Chem., 1969, 7, 11, 1121-1124.

159. Srivastava R.C., Avasthi P.K. Non-equilibrium thermodynamics of thermo-osmosis of water through kaolinite // J. Hydrology, 1975, 24, 111-120.

160. Srivastava R.C., Jain A.K. Non-equilibrium thermodynamics of electro-osmosis of water through composite clay membranes. 1. The parallel arrangement // J. of Hydrology, 1975a, 25, 3-4, 307-324.

161. Srivastava R.C., Jain A.K. Non-equilibrium thermodynamics of electro-osmosis of water through composite clay membranes. 2. The series arrangement //, J. of Hydrology, 1975b, 25, 3-4, 325-337.

162. Srivastava R.C., Jain A.K. Non-equilibrium thermodynamics of electro-osmosis of water through composite clay membranes. 3. The electro-kinetic energy conversion//J. of Hydrology, 1975c, 25, 3-4, 339-351.

163. Stehle N.S. Migration of bubbles in ice under a temperature gradient // Int. Conf. on Low Temperature Sci. Conf. on Physics of Snow and Ice. The Institute of Low Temperature Science, Hokkaido, University, Sapporo, Japan, 1966, 219-232.

164. Taylor G. Dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube // Proc. Roy. Soc., 1953, A219, 186-203.

165. Taylor G. The dispersion of matter in turbulent flowing through a pipe // Proc. Roy. Soc, 1954, A223, 446-468.

166. Telford J.W, Turner J.S. The motion of a wire through ice // Phil. Mag, 1963, 8, 527-531.

167. Townsend D.W, Vickery R.P. An experiment in regelation // Phil. Mag, 1967, 1*8, 8, 1275-1280.

168. Thomson J. On recent theories and experiments regarding ice at or near its melting-point // Proc. Royal Soc. London, 1860, vol. 10, 152-160

169. Tozulca S, Wakahama G. Studies on regelation. 1. Flow of heat in the regelation process// J. Phys. Chem, 1983, 87, 4147-4150.

170. Tozulca S, Wakahama G. Studies on regelation. 2. Effect of temperature on the motion of a wire through ice // J. Phys. Chem, 1983, 87, 4151-4154.

171. Trodahl H.J., Wilkinson S.O.F., McGuinness M.J., Haskell T.G. Thermal conductivity of sea ice; dependence on temperature and depth // Geophys. Res. Lett., 2001,28, 7, 1279-1282.

172. Tyndall J., Huxsley T.H. Observations on glaciers // Proc. Royal Soc. London, 1857, vol. 8, 331-338.

173. Van Gassen W., Sego D.C. Electro-osmosis in a frozen soil // Cold Regions Science Technol., 1991, 19, 253-259.

174. Vinlc H., Chishti S.A.A. Thermal osmosis in liquids // J. Membrane Sci., 1976, 1, 149-164.

175. Walder J.S. Motion of sub-freezing ice past paticles, with applications to wire regelation and frozen soils // J. Glaciology, 1986, 32, 112, 404-414.

176. Wettlaufer J. S. Ice surfaces: macroscopic effects of microscopic structure // Phil. Trans. Royal Society. London, 1999, A357, 3403-3425.

177. Whitworth T.M., Chen Gu Hyperfiltration-induced precipitation of sodium chloride // Tech. Compl. Report N01423959, New Mexico Water Resources Research Institute, 2001, 35p.

178. Williams P.J., Burt T.P. Measurement of hydraulic conductivity of frozen soils // Can. Geotech. J., 1974, 11, 647-650.

179. Wood J.A. Role of irreversible thermodynamics and rheology in the regelation-flow phenomenon // Cold Regions Science Technol., 1990, 18, 133-135.

180. Yeung A.T. Coupled flow equations for water, electricity and ionic contaminants through clayey soils under hydraulic, electrical and chemical gradients. J. Non-Equilib. Thermodyn., 1990, 15, 3, 247-267.

181. Yeung A.T., Mitchell J.K. Coupled fluid, electrical and chemical flows in soil // Geotechnique, 1993,43, 1, 121-134.