Влияние нелинейности теплофизических свойств мерзлых грунтов на динамику теплосилового взаимодействия основания с горячим подземным трубопроводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат наук Жолобов, Игорь Андреевич

• Жолобов, Игорь Андреевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Жолобов, Игорь Андреевич

1.1.1 Физические свойства.........................................................................................10

1.1.2 Теплофизические свойства...............................................................................12

1.2 Незамерзшая вода....................................................................................................14

1.3 Методы и приборы для определения коэффициента теплопроводности.... 16

1.3.1 Стационарные методы......................................................................................17

1.3.2 Нестационарные методы......................................................................................18

1.3.3 Обзор существующих установок для измерения коэффициента теплопроводности..........................................................................................................19

1.4 Обзор методик теплотехнических расчетов подземных горячих трубопроводов................................................................................................................27

1.5 Определение напряженно-деформируемого состояния трубопроводов.....32

1.5.1 Обзор методик оценки напряженно-деформируемого состояния подземных трубопроводов................................................................................................................32

1.5.2 Сравнение программных комплексов для расчета напряженно-деформируемого состояния трубопровода.................................................................35

1.6 Выводы по первой главе.........................................................................................37

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ............................................................................................................40

2.1 Необходимость измерения коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов............................................................................................................................40

2.2 Методика определения коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов47

2.3 Схема экспериментальной установки по определению коэффициента теплопроводности..........................................................................................................51

2.3.1 Термостатирующая камера...............................................................................53

2.3.2 Блок питания......................................................................................................54

2.3.3 Блок управления и индикации и измерительная ячейка...............................54

2.3.4 Датчики температуры.......................................................................................58

2.3.5 Мультиметр........................................................................................................59

2.4 Подготовка образцов грунта к эксперименту................................................60

2.5 Подготовка экспериментальной установки к проведению исследования.. 61

2.6 Проведение эксперимента и обработка полученных данных......................64

2.7 Определения количества незамерзшей воды в грунтах................................73

2.8 Сравнение полученных результатов с литературными данными................80

2.9 Оценка неопределенности измерения коэффициента теплопроводности.. 89

2.10 Выводы по второй главе...................................................................................90

ГЛАВА 3 ТЕПЛОСИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОДЗЕМНОГО ГОРЯЧЕГО ТРУБОПРОВОДА С МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМИ ГРУНТАМИ...........................92

3.1 Влияние значения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты теплотехнических и прочностных расчетов...........................................92

3.1.1 Влияние значения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты теплотехнических расчетов......................................................................92

3.1.2 Влияние способа определения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты теплотехнического расчета подземного горячего трубопровода..................................................................................................................96

3.1.3 Влияние значения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта на результаты оценки напряженно-деформируемого состояния подземного

трубопровода................................................................................................................111

3.2 Методика оценки теплосилового взаимодействия подземного горячего трубопровода с многолетнемерзлыми грунтами......................................................121

3.3 Выводы по третьей главе......................................................................................130

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................................133

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................................145

Приложение А..............................................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние нелинейности теплофизических свойств мерзлых грунтов на динамику теплосилового взаимодействия основания с горячим подземным трубопроводом»

Актуальность работы

Трубопроводный транспорт занимает одно из лидирующих мест в мире по объемам транспортируемого продукта. При сооружении и эксплуатации трубопроводов в сложных геокриологических условиях возникает ряд вопросов в части определения устойчивости грунтов основания при их взаимодействии с горячими подземными трубопроводами. В случае, когда трубопровод с теплым или горячим продуктом проходит по многолетнемерзлым грунтам (ММГ), происходит оттаивание и осадка, то есть перемещение этих грунтов. Таким образом, исходные данные для прочностного расчета постоянно меняются, а сам трубопровод постоянно меняет свое положение в результате перемещений грунта. Скорость и степень таких перемещений определяются теплотехническим расчетом, однако их последствия нигде не оцениваются. Необходимо так же учесть, что коэффициент теплопроводности мерзлых не постоянен и зависит от множества факторов, в частности от температуры. Общепринятые методики позволяют корректно определять коэффициент теплопроводности грунтов не во всем диапазоне температур. Правильное определение теплофизических свойств обеспечивает высокую точность исходных данных и правильность результатов теплотехнических расчетов. Таким образом, актуальность работы не вызывает сомнений.

Цель и задачи работы

Целью работы является совершенствование методики расчета теплосилового взаимодействия горячего подземного трубопровода, находящегося в условиях многолетнемерзлых грунтов, в части учета изменения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта в зависимости от температуры, с целью повышения надежности эксплуатации трубопроводов в сложных геокриологических условиях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Обосновать необходимость измерений теплофизических свойств мерзлых и талых грунтов для уточнения результатов теплотехнических расчетов и оценки напряженно-деформируемого состояния (НДС) подземного горячего трубопровода (теплосиловых расчетов).

2. Создать экспериментальную установку для изучения зависимости коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов от температуры.

3. Провести серию теплотехнических расчетов с целью изучения возможности значительного влияния на их результаты возможной зависимости от температуры коэффициента теплопроводности мерзлого грунта.

4. Разработать методику теплосилового расчета горячего подземного трубопровода с учетом зависимости коэффициента теплопроводности мерзлого грунта от температуры.

Научная новизна исследований представлена следующими положениями:

1. Обнаружено существенное влияние зависимости коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов на результаты теплотехнических и прочностных расчетов в условиях естественного залегания многолетнемерзлых грунтов.

2. Впервые предложен новый метод решения задачи теплосилового взаимодействия теплого подземного трубопровода с протаивающим мерзлым грунтом. Новизна метода заключается в том, что задача решается в совместной постановке: данные прочностного расчета напряженно-деформируемого состояния трубопровода используются как исходные данные теплотехнического расчета. Решение задачи в такой постановке учитывает существенное влияние именно относительной величины осадок соседних участков трубы.

3. Экспериментально получены значения коэффициентов теплопроводности талых и мерзлых грунтов одного из нефтегазовых

месторождений Якутии. Показано существенное влияние на результаты теплосиловых расчетов трубопровода использование в них экспериментально определенных теплофизических параметров грунтов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика измерений и экспериментальная установка для определения коэффициента теплопроводности грунтов в мерзлом и талом состояниях, в практическом интервале температур работы трубопроводов (от минус 30 до плюс 30 °С).

2. Влияние коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов на моделирование теплотехнического взаимодействия горячего подземного трубопровода с протаивающими грунтами.

3. Результаты расчетно-параметрического исследования влияния различных теплофизических параметров мерзлых грунтов на напряженно — деформированное состояние (НДС) магистральных трубопроводов.

4. Методика расчета теплосилового взаимодействия горячего подземного трубопровода с протаивающими грунтами.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

Полученные результаты дополняют имеющиеся данные по определению коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов и строительству трубопроводов в районах Крайнего Севера на структурно не устойчивых грунтах и дают возможность минимизировать временные и трудовые затраты для расчета вышеописанных явлений и внести уточнения в процесс измерения теплофизических свойств мерзлых грунтов в диапазоне около нулевых температур.

Разработана методика расчета теплосилового взаимодействия подземного трубопровода, заключающаяся в том, что данные прочностного расчета напряженно-деформируемого состояния трубопровода используются как исходные данные теплотехнического расчета. Данная методика может быть

использована при модернизации существующих программных комплексов, предназначенных для проектирования трубопроводов на структурно неустойчивых грунтах, подверженных осадкам и дополнительно учитывает зависимость коэффициента теплопроводности мерзлого грунта от температуры.

Разработана экспериментальная установка, позволяющая определять коэффициент теплопроводности мерзлого грунта в широком диапазоне отрицательных температур, вплоть до границы фазового перехода.

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена использованием в экспериментальных исследованиях современных методов измерений и компьютерной техники; основана на использовании фундаментальных уравнений теплофизики; обусловлена корректной постановкой задач; подтверждается достаточной обоснованностью принятых допущений и обеспечена количественным совпадением полученных численных решений с известными аналитическими зависимостями и экспериментальными данными.

Личный вклад автора состоит в разработке методики определения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта в широком диапазоне отрицательных температур, создании экспериментальной установки, реализующей данную методику и проведении экспериментальных исследований по определению теплофизических свойств мерзлых грунтов в зависимости от температуры, обработке полученных результатов, разработке методики решения задачи теплосилового взаимодействия трубопровода с мерзлым грунтом в совместной постановке задачи. В опубликованных совместно с соавторами научных статьях вклад соавторов равнозначен.

Апробация работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на российских и международных межотраслевых научных семинарах и конференциях. Их перечень приведен ниже.

1. Семнадцатая Всероссийская научная конференция студентов -физиков и молодых ученых ВНКСФ - 17 (Екатеринбург, 2011 г.);

2. Всероссийская научно - практическая конференция молодых ученых и специалистов «Стратегия инновационного развития, строительства и освоения районов Крайнего Севера», посвященная 20-летию ООО НПО «Фундаментсройаркос»- (Тюмень, 2011 г.);

3. Научный семинар Научно-исследовательского отдела ОАО «Гипротюменнефтегаз» (Тюмень, 2012);

4. Научно - практическая конференция молодых ученых и специалистов «Инновации в проектировании, строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений», ОАО «Гипротюменнефтегаз» (Тюмень, 2012 г.);

5. XVIII Научно - практическая конференция молодых ученных и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Сибири - 2014», ООО «ТюменНИИгипрогаз» (Тюмень, 2014 г.)

6. Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии - нефтегазовому региону», ТюмГНГУ (Тюмень, 2014 г.)

7. Тюменский международный инновационный форум «Нефтьгазтэк», Правительство Тюменской области (Тюмень, 2014).

8. Научный семинар кафедры механики многофазных систем ТюмГУ (Тюмень, 2014);

Публикации Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 8 работах, в том числе в 5 статьях, входящих в перечень ВАК.

ГЛАВА 1 ОБЗОР СПОСОБОВ И МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ, ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ ГОРЯЧИХ ПОДЗЕМНЫХ

ТРУБОПРОВОДОВ

1.1 Физические и теплофизические свойства мерзлых грунтов

1ЛЛ Физические свойства

В инженерной практике многолетнемерзлые грунты по их свойствам делят на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые [18].

Твердомерзлые грунты прочно связанны льдом и практически несжимаемы, могут выступать надежным основание при условии сохранения их в ненарушенном состоянии. Пластичномерзлые это грунты способные на сжатие под нагрузкой, в качестве основания могут применяться только с учетом их деформационных свойств. Сыпучемерзлые грунты даже при отрицательных температурах не являются сцементированными.

Важнейшие из физических характеристик многолетнемерзлых грунтов, характеризующие их основные свойства — льдистость, влажность, объемный и удельный вес.

Влага, содержащаяся в многолетнемерзлом грунте [27], представлена ледяными включениями, льдом-цементом и незамерзшей водой. Различают влажность [51] за счет ледяных включений 1УВ, льда-цемента \¥ц и незамерзшей воды 14^. Если просуммировать эти три показателя можно получить общую влажность грунта (1.1).

Жс=1Ув+Жц+Жн, (1.1)

где - влажность за счет ледяных включений, д.е.;

И^ - влажность за счет льда-цемента, д.е.;

1¥н - влажность за счет незамерзшей воды, д.е.

Как правило, общую влажность грунтов определяют в лабораторных условиях путем высушивания до тех пор, пока вес грунта не перестанет меняться на протяжении более чем трех часов [54].

Значение влажности грунта, выражается в долях единицы или процентах, как отношение веса воды, содержащейся в грунте к весу его скелета, аналогично для каждого из видов воды.

Следующая основная физическая характеристика - суммарная льдистость, определяемая количеством всех видов льда, содержащегося в многолетнемерзлом грунте. Различают весовую и объемную льдистость, это отношение веса и объема льда к весу скелета грунта соответственно в процентах или долях единицы. Суммарная льдистость (1.2) включает льдистость за счет льда-цемента Лц (1.4) и ледяных включений Лв (1.3) [18].

ЛС = ЛЦ+ЛВ. (1.2) Л =_^_• (13)

в Ул+УуС^с-ОДЮ'

Я -Ш--(1.4)

Ц Ул+УуО^с-ОДИ^н) 4 у

где уу - удельный вес минеральных частиц, кг/см ;

ул - удельный вес льда, кг/см3.

Каждый вид влажности или льдистости, в зависимости от фазового состояния характеризует свойства грунта в мерзлом или талом состояниях.

Содержание незамерзшей воды характеризует прочностные и деформационные свойства многолетнемерзлых грунтов. Наличие значительного количества ледяных включений снижает скорость процесса оттаивания вследствие увеличения количества тепла, требуемого для фазового перехода льда в воду. Ледяные включения в значительной мере влияют на значение осадки многолетнемерзлого грунта при его оттаивании, и зная эти характеристики, возможно, произвести прогнозные расчеты [63].

Объемный вес ненарушенного сложения определяется как отношение веса грунта к его объему. Удельный вес минеральных частиц мерзлой породы определяется как вес 1 см3 материала частиц породы.

1.1.2 Теплофизические свойства

К теплофизическим свойствам мерзлых грунтов относят коэффициент теплопроводности, удельную (объемную) теплоемкость и коэффициент температуропроводности.

Коэффициент теплопроводности - мера количества тепла в Джоулях, которое проходит за время 1 секунду через 1 см2 слоя вещества толщиной в 1 см при разности температуры в 1 °С. Единицы измерения коэффициента теплопроводности Дж/см*с*°С или Вт/м*°С [31]. Теплообмен может происходить между любыми телами и в них, где существует градиент температур, но способ передачи тепла во многом зависит от агрегатного состояния вещества. Сущность теплопроводности заключается в перераспределении кинетической энергии частиц, определяющей температуру тела, от более нагретого тела к менее.

Коэффициент теплопроводности многолетнемерзлых пород зависит от множества факторов и не является функцией только коэффициентов теплопроводности и количественного содержания слагающих его компонентов: скелета грунта, воды, льда. Различают коэффициент теплопроводности талых пород Ат и коэффициент теплопроводности мерзлых пород Ям.

Коэффициент теплопроводности не полностью замерзших или протаивающих грунтов, в значительной степени зависит от температуры. В основном с изменением соотношений между содержанием льда и незамерзшей воды с коэффициентами теплопроводности, отличающимися более чем в три раза, что иллюстрируется рисунком 1.1.

Я,Вт/м-к

Рисунок 1.1 - Зависимость коэффициента теплопроводности пород различной дисперсности от температуры: 1 - крупнообломочная щебнистая порода с супесчаным заполнителем; 2 - мелкий песок; 3 - легкая мелкая супесь; 4 - лёссовидный суглинок; 5 -средний суглинок; 6 - глина; 7 - хорошо разложившийся торф (по материалам Э.Д. Ершова [20]).

Объемная теплоемкость грунтов в мерзлом (при температуре от минус 10 до минус 15°С) и талом состояниях является аддитивной величиной и суммой произведений теплоемкостей составляющих грунт частей на их массу. Удельная теплоемкость талого грунта рассчитывается по формуле 1.5.

— (1.5)

где - удельная теплоемкость органо-минерального скелета породы; - удельная теплоемкость воды.

Удельная теплоемкость мерзлого грунта меньше удельной теплоемкости талого, в связи с тем, что удельная теплоемкость льда практически в два раза меньше удельной теплоемкости воды [37]:

Температуропроводность является показателем инерционности температурного поля и выражается через коэффициент температуропроводности, его можно определить из отношения коэффициента теплопроводности и коэффициента теплоемкости. Единицы измерения м /с. Коэффициент температуропроводности мерзлых грунтов изменяется в меньших пределах, чем коэффициент теплопроводности и объемная теплоемкость.

1.2 Незамерзшая вода

Исследования физико-механических свойств мерзлых грунтов, проводившиеся в нашей стране и за рубежом [44], позволили выявить одну из основных причин, определяющую температурную зависимость механической прочности и теплофизических свойств грунта. Этой причиной оказался фазовый состав влаги. Несмотря на то, что свободная вода замерзает обычно при температуре О °С, вода, содержащаяся в грунтах, как правило, замерзает при несколько более низких температурах [63], что связано с множеством факторов: засоленностью, силами порового взаимодействия и т.д.

В 1973 году в работе Н. А. Цытовича было показано, что незамерзшая вода в многолетнемерзлых грунтах присутствует вплоть до температуры минус 70 °С [44]. Отдельные авторы указывают на существование незамерзшей воды в грунтах до минус 78 °С [99] и даже минус 100 °С и более [21].

Незамерзшую воду подразделяю на несколько видов [31]:

- Связанную

- Прочносвязанную

- Рыхлосвязанную

- Свободную

Существуют и другие классификации, в частности предложенная А.Ф. Лебедевым [37]:

- Вода в форме пара

- Связанная вода

- прочносвязанная

- рыхлосвязанная

- Свободная вода

- капиллярная

- гравитационная

- Вода в твердом состоянии

- Кристаллизационная и химически связанная

Методы экспериментального исследования количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах за период своего почти 100 летнего развития претерпели значительные изменения. Первые методы: криоскопический, дилатометрический [41] и др., позволяли скорее определить само существование незамерзшей воды, нежели позволяли оценивать ее количество. Новый импульс в развитие экспериментальных исследований внесла З.А. Нересова [16] и предложенный ею калориметрический метод. Данный метод позволили уже с достаточной достоверностью оценить количественно содержание незамерзшей влаги в грунтах в определенном спектре отрицательных температур.

Данные, представленные на рисунке 1.2 наглядно показывают, что количество незамерзшей воды при одинаковой температуре значительно отличается в зависимости от типа грунта, и каждому соответствует своя характерная кривая. В частности для песка характерно небольшое содержание незамерзшей воды и значительное ее снижение уже при температурах минус 1... минус 2 °С. В то же время в глинах количество незамерзшей воды после фазового перехода грунта значительно больше и даже при сравнительно низких температурах (минус 6 до минус 8 °С) остается значительное количество.

Рисунок 1.2 - Зависимость содержания незамёрзшей воды от температуры в грунтах различного гранулометрического (слева) и минерального состава (справа). 1 - суглинок тяжёлый, 2 -суглинок лёгкий, 3 - супесь тяжёлая мелкая, 4 - супесь легкая пылеватая, 5 - супесь легкая крупная, 6 - бентонит, 7 - гидрослюдистая глина, 8 - каолин. (По материалам Э.Д. Ершова [21]).

1.3 Методы и приборы для определения коэффициента теплопроводности

Задача определения коэффициента теплопроводности может быть решена двумя типами измерительных установок: лабораторного и полевого типа. Как правило, лабораторные установки основаны на стационарном методе, так как он обладает большей точностью, но и требует значительное количество времени и оборудования. Нестационарный метод в свою очередь требует значительно меньше оборудования и пригоден для полевых испытаний, но обладает сравнительно меньшей точностью.

1.3.1 Стационарные методы

Многообразие методов основано на бесконечном количестве решений дифференциального уравнения теплопроводности [22]. Стационарный метод основан на реализации решения уравнения теплопроводности (1.6) при условии (1.7).

ат . /й2т , а2т , с12т\ (л „

£ = 0, (1.7)

где Т - температура, °С;

т - время, с;

Л - коэффициент теплопроводности, Вт/м*К;

с - теплоемкость, кДж/кг*К;

р - плотность, кг/м3;

х,у,2- пространственные координаты, м.

Основным достоинством стационарных методов является высокая точность, за счет того на результат не влияет начальное распределение температур в образце и теплоемкость датчиков [34].

Стационарные методы наиболее приемлемы для исследования мерзлых грунтов, и в особенности вблизи границы фазового перехода. Считается, что при измерениях влажных талых грунтов и возникновении температурного градиента начинает происходить миграция влаги к источнику холода [46].

Известно большое количество установок по определению коэффициента теплопроводности основанных на стационарном методе. Существенным недостатком установок основанных на стационарной методике является длительное время измерения, и соответственно чем больше размер образца и меньше градиент температур, тем ниже скорость измерений.

1.3.2 Нестационарные методы

Нестационарные методы основаны на решении уравнения (1.6) при условии

(1.8).

(1.8)

Нестационарные методы подразделяются на:

- начальной стадии теплового процесса

- исключительно нестационарные

- регулярного теплового режима

- квазистационарные

Метод начальной стадии теплового процесса характеризуется значительным влиянием начальных и граничных условий исследования, свойств и размеров образца на получаемые результаты. Такие установки позволяют измерять целый комплекс теплофизических свойств материалов и мерзлых грунтов в частности, за счет возможности задания небольшого градиента температур [4, 1].

К нестационарным методам можно отнести импульсный способ и мгновенного источника тепла [3, 91].

Метод регулярного теплового режима основан на исследовании упорядоченного теплового процесса, когда распределение температуры для различных точек системы становится неизменным и не зависит от начальных условий. Автор методики Г.М. Кондратьев. Сущность метода заключается в определении темпа охлаждения (нагрева) образца, помещенного в среду с постоянной температурой [25, 26]. На основе данной теории разработано значительное количество приборов по измерению коэффициента теплопроводности грунтов в талом и мерзлом состояниях [33]. К плюсам вышеуказанного метода возможно отнести теоретическую обоснованность и возможность исследования образцов различных форм и размеров. К минусам

можно отнести трудоемкость вычисления искомых параметров и значительный объем необходимого оборудования.

Квазистационарный тепловой метод основан на условии постоянства скорости теплового нагрева образца или теплового потока на его поверхности. Эти методы относятся к скоростным и позволяют путем несложных вычислений находить искомые величины теплофизических свойств. Разработкой данных методов занимались A.B. Лыков [30], Ю.А. Попов [95]. Ю.А. Поповым разработан метод с использованием подвижного точечного источника тепловой энергии, в качестве которого может применяться лазер.

В целом нестационарные методы пригодны для экспресс оценки и массовых измерений, но с появлением и распространением нового высокоточного измерительного оборудования нестационарные методы получают возможность качественного скачка за счет уменьшения неопределенности измерения.

1.3.3 Обзор существующих установок для измерения коэффициента

теплопроводности

На текущий момент существует множество приборов для определения теплофизических свойств материалов и грунтов, таких как коэффициент теплопроводности. Ниже приведен обзор приборов, которые на данный момент, возможно, приобрести для измерения теплофизических свойств грунтов и различных материалов, выделены их сильные и слабые стороны. Обзор подготовлен по материалам сайтов производителей или официальных представителей производителей приборов. Некоторые из представленных приборов позволяют измерять одновременно несколько параметров, но для данной работы основной интерес представляет именно коэффициент теплопроводности, поэтому все нижеприведенные данные будут касаться только него. Отдельно стоит отметить, что большинство приборов не имеют государственных сертификатов соответствия российского образца, а многие зарубежные производители под видом неопределенности измерения указывают

повторяемость результатов, которая в свою очередь к неопределенности измерений имеет достаточно косвенное отношение.

KD2 Pro, производитель: Decagon Devices (США).

Прибор KD2 Pro , изображен на рисунке 1.3, предназначен для определения теплофизических свойств материалов методом теплового источника. Цикл измерения занимает минимальное время: по 30 секунд для установления равновесия, нагрева и охлаждения. Прибор измеряет температуру образца с интервалом в 1 секунду во время циклов нагрева или охлаждения. Результаты измерения затем подставляются в экспоненциальную функцию, и производится обработка с помощью нелинейного метода наименьших квадратов.

Технические характеристики прибора: диапазон измерений 0,02 - 4 Вт/(м*°С); точность определения коэффициента теплопроводности 5%. Прибор KD2 Pro проходит процесс калибровки на заводе-изготовителе и поставляется с поверочными эталонами. Соответствует зарубежным стандартам IEEE Standard 442-1981 и ASTM Standard D Температурный диапазон работы датчиков

от минус 50°С до плюс 150°С.

Рисунок 1.3 - Прибор KD2 Pro.

Достоинства: широкий температурный диапазон; образцы практически любого размера; широкий список объектов исследования; высокая заявленная точность; малые габариты и вес; возможность полевых измерений.

Недостатки: диапазон измерения коэффициента теплопроводности от 0,02 до 4 Вт/м*°С позволяет измерять не все строительные материалы и грунты; измерительные зонды игольчатого типа, т.е. для измерения в образце необходимо высверлить отверстие соответствующего диаметра (что крайне затруднительно в случае измерения мерзлого грунта ненарушенной структуры); для получения точного результата требуется применение термопасты с высоким коэффициентом теплопроводности, что усложняет и удорожает процесс измерения и делает его не всегда возможным (образец после такого измерения непригоден для большинства дальнейших исследований).

Измеритель теплопроводности ИТС-1, производитель Интерприбор (Россия).

Измеритель теплопроводности ИТС-1, изображен на рисунке 1.4, применяется для определения теплопроводности и термического сопротивления различных строительных и теплоизоляционных материалов методом стационарного теплового потока и методом теплового потока по государственным стандартам [56].

ИТС-1 "150"

Ш

змеренив ЗА>44 1

Я=8,0375тШ

£5£_2в: :

Рисунок 1.4 - Измеритель теплопроводности ИТС-1.

Выпускается в двух модификациях под образцы различных размеров: 150*150 мм и 300*300 мм.

Технические характеристики прибора: диапазон измерений 0,02 - 2 Вт/(м*°С); неопределенность измерения коэффициента теплопроводности 5%; время одного измерения от 30 минут до 2,5 часов; масса от 6 до 14 кг.

Достоинства: высокая заявленная точность; внесен в Госреестр средств измерения.

Недостатки: диапазон измерения коэффициента теплопроводности от 0,02 до 2,0 Вт/м*К, что недостаточно для измерения грунтов; большой размер образцов; определение теплопроводности при средней температуре образца от плюс 12 до плюс 43 °С, что не соответствует условиям испытания мерзлых грунтов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жолобов, Игорь Андреевич, 2015 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. А. с. 1201742 СССР, МКИЗ G 01 N 25/18. Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов и устройство для его осуществления/ В.Н. Чернышов, Т.И. Рожнова (СССР). - №3737778/24-25; заявл. 07.05.84; опубл. 30.12.85, Бюл. №48. - 5 с.

2. А. с. 1684644 СССР, МКИЗ G 01 N 25/18. Способ определения коэффициента теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления/ Ю.С. Даниэлян, B.C. Зайцев, Л.В. Гамаюнова, И.Ю. Воеводин (СССР). - №4711408/25; заявл. 29.06.89; опубл. 15.10.91, Бюл. №38. - 4 с.

3. А. с. 1712849 СССР, МКИЗ G 01 N 25/18. Способ определения теплофизических характеристик материалов/ Б.А. Арутюнов, Т.Я. Граздовский, А.И. Фесенко, В.В. Штейнбрехер (СССР). - №4802513/25; заявл. 15.03.90; опубл. 15.02.92, Бюл. №6.-5 с.

4. А. с. 857826 СССР, МКИЗ G 01 N 25/18. Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов/ В.В. Курепин, Е.А. Белов (СССР). -№2846293/18-26; заявл. 03.12.79; опубл. 23.08.81, Бюл. №31. - 3 с.

5. А. с. 968163 СССР, МКИЗ G 01 N 25/18. Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах/ Э.Д. Ершов, Ю.С. Даниэлян, П.А. Яницкий, В.Н. Галиева, А.А. Степкин (СССР). - №3008244/29-33; заявл. 24.11.80; опубл. 23.1-.82, Бюл. №39. - 4 с.

6. А. с. 989419 СССР, МКИЗ G 01 N 25/18. Устройство для определения теплопроводности твердых материалов/ Ю.С. Даниэлян, B.C. Зайцев, Е.А. Кудрявцев (СССР). - №3265683/18-25; заявл. 27.03.81; опубл. 15.01.83, Бюл. №2. -3 с.

7. Айнбиндер, А.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость/ А.Б. Айнбиндер. - М.: Недра, 1991. - 287 с.

8. Айнбиндер, А.Б. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие/ А.Б. Айнбиндер, А.Г. Камерштейн. - М.: Недра, 1982.-341 с.

9. Алешин, В.В., Численный анализ прочности подземных трубопроводов/В.В.Алешин, В.Е.Селезнев, Г.С. Клишин, В.В. Кобяков, К.И. Дикарев; под. ред. В.В. Алешина, В.Е. Селезнева. - М.: Едиториал УРСС, 2003. -320 с.

10. Бахмат, Г.В., Аппараты воздушного охлаждения на компрессорных станциях/Г.В. Бахмат, Н.В. Еремин, O.A. Степанов - СПб.: Недра, 1994. - 102 с.

11. Бородавкин, П.П. Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство)/ П.П. Бородавкин. - М.: Недра, 1982. - 384 с.

12. Бородавкин, П.П. Подземные трубопроводы/ П.П. Бородавкин. - М.: Недра, 1973.-304 с.

13. Бородавкин, П.П. Прочность магистральных трубопроводов/ П.П. Бородавкин, А.М. Синюков. - М.: Недра, 1984. - 245 с.

14. Бородавкин, П.П. Трубопроводы в сложных условиях/ П.П. Бородавкин, В.Д. Таран. - М.: Недра, 1968. - 304 с.

15. Вакулин, A.A. Основы геокриологии: учеб. пособие для студентов вузов/ A.A. Вакулин. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011. - 220 с.

16. Горелик, Я. Б. Физика и моделирование криогенных процессов в литосфере / Я. Б. Горелик, В. С. Колунин. - Новосибирск : СО РАН, 2002. - 317 с.

17. Гумеров, А.Г. Особенности работоспособности действующих нефтепроводов/ А.Г. Гумеров, A.B. Росляков. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990. - 140 с.

18. Далматов, Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии) / Б.И. Далматов. - 2-е изд., перераб. и доп. - JI. : Стройиздат, 1988. - 415 с.

19. Дубина, М.М. Теплообмен и механика взаимодействия трубопроводов и скважин с грунтами/ М.М. Дубина, Б.А. Красовицкий. - Новосибирск: Наука, 1983.- 132 с.

20. Ершов, Э. Д. Общая геокриология/ Э. Д. Ершов. - М. : Недра, 1990. - 559 с.

21. Ершов, Э. Д. Физико-химия и механика мерзлых пород / Э. Д. Ершов. - М. : Изд-во МГУ, 1986.-336 с.

22. Исаченко, В.П. Теплопередача/ В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. изд. 2-е - М.: Энергия, 1969 - 416 с.

23. Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел/ Г. Карелоу, Д. Егер. - М.: Наука, 1984.-478 с.

24. Клейн, Г. К. Расчет подземных трубопроводов/Г.К. Клейн. - М.: Стройиздат, 1969.-240 с.

25. Кондратьев, Г.М. Регулярный тепловой режим/ Г.М. Кондратьев. - M.JL, Гостехтеориздат, 1954 - 408 с.

26. Кондратьев, Г.М. Тепловые измерения/ / Г.М. Кондратьев. - M-JL: Машгиз, 1957-244 с.

27. Кудрявцев, В.А. Общее мерзлотоведение/ В.А. Кудрявцев, В.Н. Достовалов, H.H. Романовский, К.А. Кондратьева, В.Г. Меламед. - М.: Изд-во МГУ,1978 - 464 с.

28. Кутателадзе, С. С. Основы теории теплообмена/ С.С. Кутателадзе. - М.: Атомиздат. 1979 - 416 с.

29. Лыков, A.B. Теоретические основы строительной теплофизики / A.B. Лыков. - Минск: Наука и техника, 1961. - 520 с.

30. Лыков, A.B. Теория теплопроводности/ A.B. Лыков. - М.: Высшая школа, 1957-599 с.

31. Мерзлотоведение (Краткий курс)/ Под редакцией В.А. Кудрявцева.-М., Изд-во Моск. ун-та, 1981 - 240 с.

32. Методические рекомендации, но натурным измерениям напряженного состояния магистральных газопроводов. - М.: ВНИИГАЗ, 1985. - 43 с.

33. Методы определения тепловых свойств горных пород. М.: Наука, 1970 - 111 с.

34. Методы определения теплопроводности и температуропроводности/ Под редакцией A.B. Лыкова - М.: Энергия, 1973 - 336 с.

35. Морозов, В. Н. Магистральные трубопроводы в сложных инженерно-геологических условиях/ В. Н. Морозов. -Л.: Недра, 1987.- 123 с.

36. Мустафин, Ф.М. Промысловые трубопроводы и оборудование/ Ф.М. Мустафин, А.И. Быков, А.Г. Гумеров, Ю.И. Спектор. - М.: Наука, 2004. - 662 с.

37. Общее мерзлотоведение/ ред. П. И. Мельников, Н. И. Толстихин. -Новосибирск : Наука, 1974. - 292 с.

38. Порхаев, Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами/ Г.В Порхаев. М., Наука, 1970. - 150 с.

39. Порхаев, Г.В. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов/ Г.В. Порхаев, Г.М. Фельдман.- М.: Наука, 1964. - 198 с.

40. Программная система СТАРТ. Расчет прочности и жесткости трубопроводов. Руководство пользователя. Версия 4.66, Москва, 2011.- 100 с.

41. Савельев, Б. А. Методы изучения мерзлых пород и льдов / Б. А. Савельев. -М. : Недра, 1985.-222 с.

42. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах/ Под ред. Ю. Я. Велли, В. И. Докучаева, Н. Ф. Федорова. Л., Стройиздат, Ле-нингр. отд-ние, 1977, - 552 с.

43. Турчак, Л. И. Основы численных методов/ Л. И. Турчак : Учеб. пособие. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 320 с.

44. Цытович, Н. А. Механика мерзлых грунтов / Н. А. Цытович. - М. : Высшая школа, 1973. - 448 с.

45. Численно-аналитические методы исследования решений краевых задач / Самойленко А. М., Ронто Н. И. - Киев: Наук, думка, 1985. - 224 с.

46. Чистотинов, Л.В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах/ Л.В. Чистотинов. - М.: Наука, 1973 - 144 с.

47. Ши, Д. Численные методы в задачах теплообмена/ Д. Ши: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988.-544 с.

48. Ясин, Э.М. Устойчивость подземных трубопроводов/ Э.М. Ясин, В.И. Чернякин . -М.: Недра, 1967.- 119 с.

49. ВСН 33-82 Инструкция по проектированию инженерной подготовки для нефтепромыслового строительства в районах распространения вечномерзлых грунтов. - Тюмень.: Ротапринт Гипротюменнефтегаза, 1982. - 92 с.

50. ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. - М.: Стандартинформ, 2000. - 15 с.

51. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация. - М. : Изд-во стандартов, 2002. -31 с.

52. ГОСТ 26263-84 Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов. - М.: Издательство стандартов, 1984. - 5 с.

53. ГОСТ 30256 - 94 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности цилиндрическим зондом. - М.: Стандартинформ, 1994. - 11 с.

54. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - М. : Стандартинформ, 2005. - 17 с.

55. ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1972. - 10 с.

56. ГОСТ 7076 - 99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - М.: Стандартинформ, 1999. - 20 с.

57. ГОСТ Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания. - М.: Стандартинформ, 2009. - 5 с.

58. ГОСТ Р 8.625-2006. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. - М. : Стандартинформ, 2007. - 23 с.

59. ГОСТ Р ИСО 5725-6 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике. -М. : Изд-во стандартов, 2006. - 35 с.

60. РД - 23.040.010 - КТН-222 - 10 Методика расчета на прочность и устойчивость линейных участков магистральных нефтепроводов диаметром 530 -1220 мм при ремонте с подъемом и поддержкой трубоукладчиками, 2007. - 150 с.

61. РСН 67-87 Инженерные изыскания для строительства. Составление прогноза измерений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами/Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 1988. - 100 с.

62. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть IV. Правила производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - 51 с.

63. СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88/ Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2012.- 117 с.

64. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*/ Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2012. - 111 с.

65. Горковенко, А.И. Основы теории расчета пространственного положения подземного трубопровода под влиянием сезонных процессов : автореф. дис. д-ра техн. наук : 25.00.19 / Горковенко Александр Иванович. - Тюмень, 2006. - 31 с.

66. Григорьев, Б.В. Замерзание влажных грунтов в равновесных и неравновесных условиях: автореф. дис. канд. техн. наук : 01.04.14 / Григорьев Борис Владимирович. - Тюмень, 2013. - 19 с.

67. Даниэлян, Ю. С. Исследования неравновесного тепломассопереноса в грунтах с фазовыми переходами влаги применительно к проектированию обустройства нефтяных месторождений : автореф. дис. ... д-ра физ.-математ. наук : 01.04.14 / Даниэлян Юрий Саакович. - Тюмень, 1997. - 31 с.

68. Зайцев, B.C. Методы исследования и прогнозирования теплофизических свойств грунтов северных районов Тюменской области: автореф. дис. канд. техн. наук : 01.04.14 / Зайцев Владимир Сергеевич. - Тюмень, 1989. - 25 с

69. Зарипов, P.M. Научные основы расчета напряженно- деформированного состояния трубопроводов, проложенных в сложных инженерно-геологических условиях : автореф. дис... д-ра. техн. наук: 25.00.19 / Зарипов Раиль Муталлапович. - Уфа, 2005. - 47 с.

70. Михайлов, П.Ю. Динамика тепломассообменных процессов и теплосилового взаимодействия промерзающих грунтов с подземным трубопроводом: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук : 01.04.14 / Михайлов Павел Юрьевич. - Тюмень, 2012.-21 с.

71. Примаков, С.С. Тепловые режимы сложных многониточных систем заглубленных трубопроводов: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук : 05.13.18 / Примаков Сергей Сергеевич. - Тюмень, 2006. - 23 с.

72. Азметов, Х.А. Расчет на прочность вскрытого криволинейного участка подземного трубопровода/ Х.А. Азметов //Труды ВИИИСТнефть. - 1976. - №14. -С.173.

73. Аникин, Г.В. Расчет стабилизации температуры основания под резервуаром с нефтью/ Г.В. Аникин, С.Н. Плотников, К.А. Спасенникова, A.A. Вакулин// Вестник ТГУ. - 2009. - №6. - С.35.

74. Бородавкин, П.П. Расчет продольных перемещений подземных трубопроводов/ П.П. Бородавкин, О.Б. Щадрин, И.Н. Сулейманов// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - 1971. - №5. - С.5.

75. Быков, Л.И. Оценка напряженно-деформированного состояния сложных участков трубопроводов/ Л.И. Быков, В.Ю. Шувалов. Сб. научн. трудов / Ред. кол. Шаммазов A.M. и др. - Уфа: УГНТУ, 2001. - С. 309.

76. Галиуллин, 3. Т. Температурные режимы многониточных магистральных газопроводов/ 3. Т. Галиуллин, Б. Л. Кривошеин, И. Е. Ходанович// Тр. ВНИИГАЗа. "Транспорт природного газа". - 1968 - №29. С. 101.

77. Горковенко, А.И. О взаимодействии трубопровода с пучинистым грунтом/ А.И. Горковенко, С .Я. Кушнир, И.А. Иванов// Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли: Мат-лы региональной научн.-техн. конф.. - Тюмень: ТГНГУ, 1999 г. -С.128.

78. Горковенко, А.И. Расчет температурных полей и тепловых потерь от трубопроводов большого диаметра в сезонно- мерзлых грунтах/ А.И. Горковенко, Ю.С. Даниэлян, И.А. Иванов// Экстремальные криосферные явления: фундаментальные и прикладные аспекты: мат-лы междунар. конф. - Пущино, 2002 г. -С.106.

79. Даниэлян, Ю. С. Динамика формирования ореола оттаивания в мерзлом грунте при совместной прокладке нескольких трубопроводов/ Ю. С. Даниэлян, П. А. Яницкий //Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1987, №3. С. 145.

80. Даниэлян, Ю. С. Исследование фазового состава влаги при оттаивании мерзлых грунтов / Ю. С. Даниэлян, П. А. Яницкий, В. Н. Галиева // Проектирование обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири : сб. ст. - Тюмень : Гипротюменнефтегаз, 1980. - Вып. 48. - С. 100.

81. Даниэлян, Ю. С. Неравновесные эффекты в процессах промерзания влажных грунтов / Ю. С. Даниэлян, П. А. Яницкий // Проектирование

обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири : сб. ст. - Тюмень : Гипротюменнефтегаз. - 1979. - Вып. 47 - С. 171.

82. Даниэлян, Ю. С.Тепловое взаимодействие коридора коммуникаций с мерзлыми грунтами/ Ю. С. Даниэлян, П. А. Яницкий //Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1987, №1. С. 153.

83. Даниэлян, Ю.С. Вариационный принцип в задаче определения температурного поля вокруг группы подземных трубопроводов/ Ю. С. Даниэлян, П. А. Яницкий // Энергетика и транспорт, - М., 1990. - №1, - С. 151.

84. Дорогин, А.Д. Расчет напряженно- деформированного состояния подземного пространственно-линейного трубопровода/ А.Д. Дорогин, Т.Г. Кутузова, И.Г. Пвалова // Строительная механика и расчет сооружений. - М.: 1991. -№1.- С. 23.

85. Жолобов, И.А. Измерение коэффициента теплопроводности мерзлых грунтов в интервале практически значимых температур/ С. С. Примаков, И. А. Жолобов// Нефтяное хозяйство №9, 2014. - С. 55.

86. Жолобов, И.А. О необходимости лабораторных измерений теплофизических свойств многолетнемерзлых грунтов/ С. С. Примаков, И. А. Жолобов// Нефтяное хозяйство №2, 2013. - С. 82.

87. Жолобов, И.А. Об определении теплофизических свойств многолетнемерзлых грунтов/ С. С. Примаков, И. А. Жолобов// Нефтяное хозяйство №2, 2014. - С. 17.

88. Жолобов, И.А. Теплосиловое взаимодействие горячих подземных трубопроводов с многолетнемерзлыми грунтами/ С. С. Примаков, В.Е. Вершинин, И. А. Жолобов// Нефтяное хозяйство №11, 2013. - С. 128.

89. Жолобов И.А. Технические решения ОАО "Гипротюменнефтегаз" при проектировании объектов нефтегазового комплекса на многолетнемерзлых грунтах/И.А. Щербинин, И.З. Фахретдинов, С.С. Иванов, И.А. Жолобов// Нефтяное хозяйство №1, 2015. - С. 90.

90. Зотов, М.Ю. Опыт применения програмных комплексов для расчета напряженно-деформируемого состояния нефтепроводов, прокладываемых на вечномерзлых грунтах/ М.Ю. Зотов, И.В. Ушаков, И.Л. Димов, А.О. Олейникова //Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, №2, 2012.-С. 61.

91. Калинин, В.В. Скоростной метод определения теплофизических параметров влагонасыщенных грунтов/ В.В. Калинин // Вестн. Моск. ун-та, сер. 4, Геология, 1984, №1.-С. 76.

92. Кондратьев, В.Г. Мероприятия по изменению режима теплообмена на поверхности земли и их влияние на распределение температуры в грунте/ В.Г. Кондратьев, А.Г. Перекупка, С.С. Примаков, A.C. Петрова// Нефтяное хозяйство. -2012.-№10.-С. 120

93. Котляревский, В. А. Контроль ресурсов прочности магистральных трубопроводов с провисанием на переходах через препятствия и при деформациях в ореолах оттаивания в зонах вечной мерзлоты/ В.А. Котляревский/ Строительная механика и расчет сооружений, №4, 2013, С. 21.

94. Кузьбожев, A.C. Осадка газопровода в талом грунте и оценка ее опастности/ A.C. Кузьбожев, И.Н. Бирилло, И.В. Шишкин //Нефть и газ, №6, 2013 С. 53.

95. Попов, Ю.А. Некоторые особенности методики массовых детальных исследований теплопроводности горных пород/ Ю.А. Попов// Известия Высших учебных заведений. Геология и разведка, 1984, №4, С. 76.

96. Соколов, С.М. Определение напряженно-деформированного состояния трубопровода на переходе через границу с различными грунтами/ С.М. Соколов , О.В. Лимарь //Нефтяное хозяйство №5, 2006. - С. 127.

97. Шабаров А.Б. Физико-математическое моделирование полей температуры и льдистости в мерзлых грунтах вокруг заглубленного трубопровода/ А.Б. Шабаров, П.Ю. Михайлов, Л.А. Пульдас, A.A. Вакулин // Вестник ТГУ №6, 2010. - С. 14.

98. Яницкий, П. А. Расчет теплового взаимодействия коридоров коммуникаций с мерзлыми грунтами/ П. А Яницкий // Нефтепромысловое строительство, 1981, №9, С. 13.

99. Boyoucous, G. J. Degree of temperature to which soils can be cooled without freezing/ G. J. Boyoucous. Journal of agricultural research. 1920. Vol. 20. - P. 267 -269.

100. Bronfenbrener, L. Thawing and refreezing around a buried pipe/ L. Bronfenbrener, E. Korin. Chemical Engineering and Processing 38, 1999. - P. 239-247.

101. Bunsri, T. Applications of hydraulic properties models on microscopic. Flow in unsaturated porous media/ T. Bunsri. Journal of applied fluid mechanics, Vol. 2, No. 2, 2009.-P. 1-11.

102. Campbell, G.S. Soil physics with BASIC transport models for soil-plant systems/ G.S.Campbell. Elsevier Science, 1985. - P. 150.

103. Coutts, R.J. Finite Element Modeling of Transient Non-Linear Heat Flow Using the Node State Method/ R.J. Coutts, J.M. Konrad. Ground reezing. Vol. 94. Fr?mond, ed. Rotterdam, The Netherlands: Balkema. 1994. - P. 39-47.

104. Deangelis, M. L. A detailed model to simulate heat and moisture transport in a frozen soil/ M. L. Deangelis, E. F. Wood Water Resources and Ecology in Headwaters (Proceedings of the HeadWater'98 conference held at Meran/Merano, Italy, April 1998), IAHS Publ. 1998. - P. 248,

105. Engelmark, H. Numerical modelling of phase change in freezing and thawing unsaturated soil/ H. Engelmark, U. Svensson. Nordic Hydrology, 24, 1993, - P. 95-110.

106. Fawcett, K. Long term modeling of permafrost dynamics/ K. Fawcett, M.G. Anderson. Final Technical Report. European Research Office U.S. Corps of Engineers, 1994.

107. Gopalakrishnan, K. Mathematical model for predicting isothermal soil moisture profiles using finite difference method/ K. Gopalakrishnan, A. A. Manik/ International Journal of Computational and Mathematical Sciences 1, 2007.

108. Hansson, K. Water flow and heat transport in frozen soil: Numerical solution and freeze-thaw applications/ K. Hansson. Vadose Zone J., Vol. 3, 2004.

109. Hu J. Frost-heave induced interaction between buried pipelines and soils/ J. Hu. Thesis for the degree of doctor of philosophy in the department of civil engineering & applied mechanics of McGill University, 1996.

110. Johansen, O. Thermal Conductivity of Soils/ O. Johansen. - Hanover ; New Hampshire : CRREL, 1977. - 291 p.

111. Konrad, J.M. 2-D frost action modeling using the segregation potential of soils/ J.M. Konrad, M. Shen. Cold Regions Science and Technology, Volume 24, Number 3, July 1996, P. 263-278.

112. Konrad, J.M. Frost heave prediction of chilled pipelines buried in unfrozen soils/ J.M. Konrad, N.R. Morgenstern. Can. Geotech.J., 21: 1984. - P. 100-115.

113. Krahn, J. Thermal modeling with TEMP/ J. Krahn An Engineering Methodology. First Edition. 2004.

114. Newman, G. P. Heat and mass transfer in unsaturated soils during freezing/ G. P. Newman, G. W. Wilson. Can. Geotech. J., 34, 1997. - P. 63 - 70.

115. Rajani, B. B. Pipelines and laterally loaded piles in an elasto-plastic medium/ B. B. Rajani, N.R. Morgenstern. Journal of Geotechnical Engineering 119 (9), September, 1993.-P. 1431-1447.

116. Song, W.K. Thermal transfer analysis of a freezing soil medium with an embedded pipeline/ W.K. Song. J. Cold Reg. Engrg. ASCE, 2006.

117. Versteeg, H. K. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method/ H. K. Versteeg, W. Malalasekera. Pearson Education, 2007. - P. 503.

118. Xu J. Permafrost Thawing-Pipeline Interaction Advanced FEM/J. Xu. Proceedings of the ASME 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering OMAE 2009 May 31 - June 5, 2009, Honolulu, Hawaii.

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А

Таблица АЛ - Результаты определения коэффициентов теплопроводности и теплоёмкости партии грунтов Якутского месторождения.

№ Глубина Тип грунта Плотность сухою грунта Суммарная влажность грунта Коэффициент теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёрзлый грунт талый грунт мёрзлый грунт талый грунт

м кН/м3 д.е. Вт/м*К Вт/м*К Дж/м3*К*10~6 Дж/мЗ*К*10"6

1 15,2-15,5 Суглинок 16,16 0,11 1,72 2,19

14,35 0,25 1,67 3,02

2 14,9-15,2 Суглинок 10,39 0,34 1,55 2,51

10,46 0,33 1,17 3,24

3 6,3-6,5 Суглинок 10,31 0,35 2,18 2,26

10,31 0,35 1,77 3,47

4 8,4-8,7 Суглинок 12,29 0,3 1,91 1,89

12,29 0,3 1,55 3,47

5 13,8-14,1 Суглинок 14,82 0,21 2,31 2,43

14,82 0,21 1,7 3,05

6 2,1-2,4 Суглинок 10,23 0,37 1,89 1,69

10,78 0,3 1,6 3,57

7 8,2-8,5 Суглинок 14,42 0,21 2,08 2,35

14,18 0,23 1,62 2,89

8 14,9-15,2 Суглинок 10,72 0,28 1,91 2,41

10,47 0,31 1,2 2,85

9 2,8-3,1 Суглинок 11,99 0,3 1,59 2,30

12,27 0,27 1,36 3,14

10 2,2-2,5 Суглинок 5,55 0,59 2,08 2,26

5,55 0,59 1,03 3,11

И 8,3-8,6 Суглинок 13,69 0,21 1,99 2,39

№ Глубина Тип грунта Плотность сухого грунта Суммарная влажность ■рун¡а Коэффициен1 теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёрзлый грунт талый грунт мёрзлый грунт талый грунт

м кН/м3 д.е. Вт/м*К Вт/м*К Дж/м3*К*10"6 Дж/мЗ*К*10"6

13,47 0,23 1,43 3,05

12 2,8-3,1 Суглинок 14,19 0,16 1,93 2,34

13,17 0,25 1,69 3,14

13 2,9-3,1 Суглинок 13,45 0,1 1,81 2,24

11,93 0,24 1,61 3,28

14 15,3-15,6 Суглинок 13,64 0,25 1,99 2,36

13,64 0,25 1,54 2,97

15 2,1-2,4 Суглинок 13,75 0,24 2,04 2,21

13,64 0,25 1,39 2,98

16 7,8-8,1 Суглинок 11,15 0,31 1,90 2,39

11,59 0,26 1Д7 2,78

17 11,3-11,6 Суглинок 13,67 0,24 2,05 2,28

13,67 0,24 1,63 2,63

18 7,9-8,2 Суглинок 13,33 0,25 2,02 2,32

13,33 0,25 1,52 2,89

19 10,9-11,2 Суглинок 15,54 0,23 2,38 2,31

15,93 0,2 1,84 2,73

20 2,8-3,1 Суглинок 15,07 0,19 1,75 2,26

13,69 0,31 1,59 3,11

21 4,8-5,3 Суглинок 13,86 0,23 1,9 2,18

13,53 0,26 1,62 2,88

22 10,1-10,4 Суглинок 15,24 0,26 2,07 2,21

15,37 0,25 1,41 2,68

23 13,2-13,5 Суглинок 14,39 0,26 2,1 2,22

14,74 0,23 1,59 2,66

Л"» Глубина Тип грунта Плотнос1ь сухого грунта Суммарная влажность Iрунта Коэффициен! теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёрзлый грун! талый грунт мерный грунт талый грунт

м кН/м3 д.е. Вт/м*К Вт/м*К Дж/м3*К*10"6 Дж/мЗ*К*10"6

24 11,6-11,9 Суглинок 11,98 0,35 1,75 2,44

12,07 0,34 1,05 3,02

25 9,9-10,3 Суглинок 15,02 0,22 2,42 2,23

15,15 0,21 1,81 2,69

26 5,5-5,8 Суглинок 14,47 0,28 1,78 2,10

15,44 0,2 2,11 3,10

27 9,3-9,6 Суглинок 16,25 0,2 2,33 3,38

16,25 0,2 1,89 3,06

28 4,9-5,2 Суглинок 18,59 0,16 3,21 2,17

18,59 0,16 2,4 2,68

29 5,8-6,1 Суглинок 13,49 0,38 2,4 2,53

13,49 0,38 1,71 2,94

30 8,9-9,2 Суглинок 15,86 0,23 2,98 2,16

15,86 0,23 2,01 3,56

31 2,8-3,1 Суглинок 12,52 0,37 2,51 2,23

12,52 0,37 1,69 3,96

32 13,9-14,2 Суглинок 17,09 0,21 2,3 3,36

17,09 0,21 1,8 2,85

33 2,4-2,7 Суглинок 13,91 0,31 2,36 1,72

13,91 0,31 *** 2,17

34 5,2-5,5 Суглинок 10,51 0,39 2,01 2,51

10,51 0,39 1,25 3,41

35 10,1-10,4 Суглинок 15,90 0,22 1,97 2,36

15,90 0,22 1,72 3,09

36 2,6-2,9 Суглинок 14,01 0,35 1,51 1,73

л» Глубина Тип г рунта Плшность сухого грунта Суммарная влажность ■рунта Коэффициент теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёрзлый грунт талый грун! мёрзлый грунт талый грунт

м кН/м3 Д.е. Вт/м*К Вт/м*К Дж/м3*К*10"6 Дж/мЗ*К*10"6

14,55 0,3 1,68 3,19

37 10,8-11,1 Суглинок 8,38 0,52 1,51 2,63

8,38 0,52 1,25 3,37

38 14,0-14,3 Суглинок 16,91 0,2 2,4 1,82

16,91 0,2 1,81 2,95

39 3,5-3,8 Суглинок 10,87 0,38 1,43 2,02

10,87 0,38 1,52 3,41

40 7,8-8,2 Суглинок 13,86 0,4 2,06 2,40

13,86 0,4 1,79 3,11

41 14,0-14,3 Суглинок 15,94 0,26 1,83 2,33

16,74 0,2 1,86 2,71

42 13,2-13,5 Суглинок 15,13 0,25 1,85 2,51

15,13 0,25 1,75 2,99

43 12,1-14,4 Суглинок 14,66 0,25 1,37 2,39

14,66 0,25 1,29 2,88

44 2,3-2,6 Суглинок 8,53 0,7 1,62 1,71

10,36 0,4 1,34 2,91

45 5,7-6,0 Суглинок 11,61 0,46 2,17 1,77

13,14 0,29 1,52 3,26

46 15,1-15,4 Суглинок 15,26 0,22 2,55 2,28

15,65 0,19 1,6 2,65

47 8,9-9,2 Суглинок 16,12 0,24 2,43 2,34

16,66 0,2 1,7 2,89

48 4,8-5,2 Суглинок 7,35 0,8 2,27 2,43

9,06 0,46 1,1 3,09

№ Глубина Тип грунта Плотность сухого груша Суммарная влажность грунта Коэффициент теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёрзлый грунт талый грунт мёрзлый грунт талый грунт

м кН/м3 Д.е. Вт/м*К Вт/м*К Дж/м3*К*106 Дж/мЗ*К*10'6

49 5,8-6,1 Суглинок 16,31 0,16 2,25 2,33

15,89 0,19 1,85 2,68

50 11,2-11,4 Суглинок 16,25 0,2 3,23 2,29

16,67 0,17 1,93 2,72

51 6,9-7,2 Суглинок 16,50 0,2 3,3 2,02

16,64 0,19 2,18 2,66

52 2,2-2,5 Суглинок 11,97 0,4 1,81 2,03

12,99 0,29 1,31 2,87

53 7,1-7,3 Суглинок 17,21 0,15 2,18 2,42

16,23 0,22 1,66 2,86

54 7,9-8,2 Суглинок 13,53 0,26 2,01 2,41

13,86 0,23 1,33 2,77

55 5,7-6,0 Суглинок 13,23 0,4 3,24 2,16

14,82 0,25 2,05 3,28

56 11,1-11,4 Суглинок 15,06 0,23 2,02 2,10

15,31 0,21 1,82 2,93

57 13,9-14,2 Суглинок 16,05 0,16 2,59 2,72

16,48 0,13 2,23 3,08

58 9,0-9,3 Суглинок 15,84 0,2 3,65 2,27

15,98 0,19 2,01 2,79

59 13,8-14,1 Суглинок 14,82 0,23 2,41 2,25

14,70 0,24 1,61 2,76

60 14,2-14,5 Суглинок 15,17 0,24 1,81 2,19

15,42 0,22 1,36 2,68

61 8,1-8,4 Супесь 15,62 0,23 3,69 2,07

№ Глубина Тип грунта Плотное 1Ь сухого грунта Суммарная влажное |ь 1рунта Коэффициент теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёргтый грунт талый грунт мёрзлый грунт талый грунт

м кН/м3 д.е. Вт/|м*К Вт/м*К Дж/м3*К*10"6 Дж/мЗ*К*10"6

15,62 0,23 1,8 2,71

62 5,9-6,2 Супесь 17,99 0,16 3,68 1,95

17,99 0,16 2,92 2,60

63 8,9-9,2 Супесь 15,49 0,24 3,7 2,22

16,42 0,17 2,21 2,77

64 8,2-8,4 Супесь 17,61 0,18 2,32 1,81

17,61 0,18 2,31 2,52

65 11,9-12,2 Супесь 15,63 0,21 2,3 2,06

16,03 0,18 1,94 2,44

66 8,7-9,0 Супесь 16,61 0,18 2,37 2,09

16,33 0,2 1,9 2,76

67 11,8-12,1 Супесь 16,50 0,17 2,93 2,09

16,36 0,18 2,1 2,71

68 8,4-8,7 Супесь 12,89 0,27 2,58 1,99

12,89 0,27 2,32 3,43

69 13,9-14,2 Супесь 18,25 0,16 2,64 2,12

18,25 0,16 2,18 2,85

70 7,1-7,4 Супесь 16,47 0,19 3,03 1,91

16,47 0,19 2,23 2,48

71 5,2-5,5 Супесь 13,44 0,32 2,85 2,22

13,44 0,32 1,87 3,06

72 14,0-14,3 Супесь 16,66 0,2 3,45 2,16

16,66 0,2 2,55 2,85

73 5,2-5,5 Супесь 12,94 0,28 2,70 2,00

12,94 0,28 1,97 3,18

№ Глубина Тип грунта Плотность сухого грунта Суммарная влажность ■ рунта Коэффициент теплопроводности Коэффициент объёмной теплоёмкости

мёрзлый грунт талый грунт мёрзлый грунт талый грунт

м кН/м3 Д.е. Вт/м*К Вт/м*К Дж/м3*К*106 Дж/мЗ*К*Ю"6

74 2,6-2,7 Супесь 12,76 0,26 1,91 2,00

12,76 0,26 1,67 3,01

75 12,1-12,4 Супесь 13,15 0,23 2,09 1,98

13,15 0,23 1,44 2,92

76 5,1-5,4 Супесь 14,98 0,21 2,11 1,98

14,39 0,26 1,58 2,74

77 14,9-15,2 Песок 12,88 0,4 1,86 2,04

14,31 0,26 2,93 2,40

78 8,9-9,2 Песок 15,33 0,24 2,45 1,83

15,09 0,26 2,61 2,83

79 3,1-3,3 Песок 18,60 0,18 3,82 1,86

18,60 0,18 2,85 2,70

80 11,8-12,1 Пссок 14,29 0,2 4,52 1,80

14,29 0,2 2,69 3,02

81 8,8-9,1 Глина 10,22 0,39 1,74 2,45

10,45 0,36 1,31 3,12