Введение к работе
Актуальность исследований теплоты кристаллизации связанной воды во многом связана с различными приложениями в мерзлотоведении, горном деле, геофгоике, физике тонких пленок, строительной теплофизике и т. д. Грунты, почвы, торфа и другие природные среды являются сложными гетерогенными, полидисперсными, многофазными средами. Свойства связанной воды, как составной части этих дисперсных сред, во многом определяют процессы тепло-и массопереноса в этих средах, теплофизические, механические и другие, важные для приложений, свойства.
Физика фазовых переходов связанной воды в дисперсных средах всегда
вызывала значительный интерес исследователей. Это вполне объясняется не
только влиянием, которое оказывает наличие незамерзшей воды на многие
свойства дисперсной среды, но и определяющей ролью фазового состояния воды
в процессах переноса вещества и энергии в этих средах. Несмотря на то, что к
этим проблемам посвящено большое количество исследований и получены
весомые результаты, некоторые вопросы, в частности, связанные с явлениями
при промерзании и оттаивании связанной воды остаются открытыми. Одним из
свойств связанной воды в дисперсных средах, недостаточная изученность
которого становится причиной проблем при описании фазового равновесия воды,
процессов тепло- и массопереноса при отрицательных температурах, является
теплота кристаллизации связанной воды. *"
Любое описание явлений тепло - и массопереноса в дисперсных средах при отрицательных температурах, сопровождающихся фазовыми превращениями связанной воды, требует учета теплоты кристаллизации связанной воды. Несмотря на столь широкое применение, исследований направленных на изучение самой теплоты кристаллизации связанной воды явно недостаточно. В приложениях обычно используются без достаточного обоснования выражения для теплоты фазового перехода объемной воды. Причиной этого является отсутствие как экспериментальных данных по теплоте кристаллизации связанной воды, так и теоретических зависимостей, описывающих теплоту кристаллизации связанной воды в дисперсных средах как функцию формирующих ее факторов.
Цель работы - исследование теплоты кристаллизации связанной воды в дисперсных средах, использование полученных данных при экспериментальных исследованиях фазового состава воды в дисперсных средах калориметрическим методом, оценка повышения достоверности экспериментов по определению количества незамерзшей воды при использовании полученных данных по теплоте кристаллизации связанной воды.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан метод экспериментального определения теплоты кристаллизации связанной воды в дисперсных средах.
-
Усовершенствован расчетный метод определения теплоты фазового перехода связанная вода-лед в дисперсных средах по изотермам адсорбции.
-
Экспериментально изучена теплота кристаллизации связанной воды в глинистых грунтах в области гигроскопической влага.
-
По изотермам адсорбции рассчитаны теплоты кристаллизации связанной воды в дисперсных материалах.
-
Полученные данные по теплоте кристаллизации связанной воды использованы при определении температурной зависимости количества незамерзшей воды в глинистых грунтах. Оценено влияние на достоверность результатов калориметрических методов определения количества незамерзшей воды использования в расчетных формулах метода тех или иных выражений для теплоты кристаллгоации связанной воды.
На защиту выносятся:
-
Метод экспериментального определения теплоты кристаллизации связанной воды в дисперсных средах.
-
Усовершенствованный расчетный метод определения теплоты кристаллизации связанной воды в дисперсных средах по изотермам адсорбции.
-
Экспериментальные данные по теплоте кристаллизации связанной воды в глинистых грунтах.
Достоверность и обоснованность полученных автором результатов обеспечиваются использованием положений термодинамики как основы метода экспериментального определения теплоты кристаллизации и усовершенствований в расчетных методах определения термодинамических характеристик связанной воды, подробной оценкой погрешности экспериментального определения теплоты кристаллизации, сравнением данных, полученных экспериментальным и расчетным путем.
Практическая значимость работы:
Результаты исследования теплоты кристаллизации связанной воды представляют интерес для специалистов, занимающихся изучением фазового состава воды и процессов тепло- и массопереноса при отрицательных температурах в дисперсных средах, в частности, в мерзлотоведении, строительной и горной теплофизике.
Метод экспериментального определения теплоты кристаллизации связанной воды был использован в ходе исследования количества незамерзшей воды в грунтах основания Среднеколымской нефтебазы при выполнении хоздоговорной работы "Исследование термовлажностного режима грунтов оснований нефтебазы г. Среднеколымска" и Ленской нефтебазы при выполнешш хоздоговорной работы "Исследование гидрогеологических условий района нефтебазы г. Ленска и разработка рекомендаций по устранению загрязнения нефтепродуктами грунтовых вод и реки Лена" с Управлением "Лкутнефтепродукт".
Апробация работы:
Результаты исследований были представлены на научно - практической конференции "Проблемы строительства на Крайнем Севере" (Якутск, 1993), научной конференции "Теплофизика северных регионов" (Якутск, 1995), Первой Всероссийской конференции мерзлотоведов (Москва, 1996), на Международном симпозиуме Ground Freezing and Frost Action in Soils (Швеция, 1997), на Международном симпозиуме Physics, Chemistry, and Ecology of Seasonally Frozen Soils (Фербенкс, Аляска, 1997), на научном семинаре ИФТПС (1997).
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 6 (шесть) печатных работ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений, содержит 140 страниц машинописного текста, 34 рисунка, список литературы из 102 наименований.
Диссертант выражает свою глубокую признательность за постоянное внимание и поддержку, ценные методические замечания и советы профессору, доктору технических наук Бондареву Э. А., кандидатам технических наук Тимофееву А. М., Степанову А. В., сотруднику лаборатории теплофизики Иванову В. А.
