Введение к работе
Актуальность проблема. Исследование естественной конвекции в недрах Земли является одной из центральных задач геофизики. Именно с конвекционными .процессами, происходящими в недрах Земли, связывает современная наука таь-ю явления, наблвдаемые на поверхности Земли, как спрединг и субдукция, движение лнтосфервых плит, землетрясения, извержения вулканов, изменение тепловых потоков вдоль поверхности Земли, гравитационные аномалии и множество других явлений. Решение етих проблем становиться возможным при использовании моделей механики сплошных сред, аппарата вычислительной математики, а также современных ЭВМ.
Цель работы:
-
Разработка на ЭВМ методики, расчета термо - концентрационной естественной конвекции в постановке, учитывающей сжимаемость, неньтоновское поведение среды.
-
Исследование влияния реологических моделей среды, а также основных параметров задачи на характер конвективных течений, в мантии Земли.
-
Построение математической модели и методики решения сопряженной задачи система литосфера - мантия с учетом пространственного распределения радиоактивных источников тепловыделения.
Научная новизна;
в двумерной постановке разработана методика расчета процесса естественной конвекции аномально - вязких жидкостей; задача решена в естественных переменных с использованием алгоритма PISO для расчета полей скорости и давления;
разработана и численно реализована математическая модель системы литосфера - мантия с учетом пространственного распределения внутренних источников тепла, а также различия в физико - механических свойствах мантии и литосферы;
численно исследована тепловая конвекция в континентальной верхней мантии Земли для пьютоновской и нопьютоповской реологических моделей;
таслздовано влияние внутренних источников Т9ШІ0 я основних па-р.чм?троп па кгяшоктявгше течения ньютоновских и нонъятоповегстх r--::>-.o;-.";^cx-,iz мололся чзнтии Зрмля.
Практическая ценность. Разработанная методика расчета задач естественной конвекции может бить использована в геофизических исследованиях: при исследовании процессов происходящих в зонах субдукции, спродинга, а также в магматических камерах, при интерпретации тепловых полей и гравитационных аномалий и других геофизических явлений, которым присущ механизм естественной конвекции. Например, расчет конвективных течений в океанах и атмосфере.
Данная методика может использоваться также для расчетов технологических процессов, связанных с изготовлением, переработкой и хранением конструкций из ньютоновских и неньютоновских материалов. Достоинство данной"методики в том, что с ее помощью возможно получение полей скорости движения среды, полей напряжений, температуры, концентрации примесей, плотности и вязкости на базе физически солее содержательной (по сравнешш с существуищими) постановке задачи.
Реализация результатов работы. Разработанные методики и пакеты прикладных программ СОМТКС и MANTLE внедреїш в ИТиГ ДВО АН СССР, ВЦ ДВО АН СССР, в лаборатории "Гидродинамики и геофизики" при ХПИ.
Достоверность полученных результатом'следует из соответствия результатов специальных тестовых расчетов с известными численными решениями.
Апробация результатов работы. Результаты исследований докла давались в 1989 г. в г. Москве на международном симпозиуме "Тепловая еволюция литосферы и ее связь с глубинными процессами", и г. Кемерово на VIII всесоюзном совещании - семинаре по механике реагирующих сред, в г. Хабаровске на научно -технической конференции "Моделирование и оптимизация технологических процессов и элементов конструкций сооружений инженерного назначения". В 1991 г. в Москве на международной конференции "Структура земной коры и верхней мантии", в г. Хабаровске на I международном симпозиуме "Строение литосферы и астеносферы Азиатско - Тихоокеанского региона", а также на семинарах кафедры ПО ВТ и АС Хабаровского политехнического института, коллоквиумах ИТИГ ДВО АН СССР.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано пять статей, два научно - технических отчета, трое тезисов.
СТЕУІУУР? и о?.ъРм диссертации. Диссертационная раСота состо
иг из введения, четырех глав, выводов, списка литературы(131 наименование ). Объем диссертации составляет 167 страниц, включая 53 рисунка (на 50 .станицах ) и 5 таблиц.