Введение к работе
Актуальность тепы. В, настоящее время при проведении науино-испледовательских разработок по строительству и эксплуатации различных промышленных теплоэнергетических я" инженерно-технических объектов в высокоширотных и высокогорных районах остро встал допрос о сохранении экологического равновесия в природной среде. Районы СССР, где срочно требуется решать проблемы сохранения окружающей среды - это полярные и субполярные области, а также засушливые районы Средней Азии. На Севере это касается прежде всего областей распространения вечной мерзлоты, в которых непродуманное интенсивное промышленное вторжение сопровождается прогрессирующими темпами уничтожения растительного покрова в результате не только его прямого разрушения, а нередко как следствие строительства и функционирования теплоэнергетических и коммуникационных сооружений. Это вызывает протаивание грунта, нарушение зодноэнергетического баланса (иссушение почвы) и образование пустынных участков. Поэтому введение и практику строительства искусственных методов направленного охлаждения грунта является важной задачей.
Несколько иное положение складывается в зонах высокогорья и смежных с ними пустынях и полупустынях. Еозникает потребность з практическом использовании и промышленном освоении потенциальных оз-пасоэ пресной поды гллциальных образований с учетом восполнения ледниковых запасов и стабилизации водного стока. Это возможно осуществить при применении методов искусственного усиления таяния ледниковых" покровов.
Таким образом получение научного прогноза массоэпергоебмена в крпосфере Земли является насущной задачей в многочисленных проектах освоения высокоширотных и высокогорных районов.
Цель рэботы. Исходя из поставленных задач необходимо:
-создать ноше модели радиационного теплопереноеа в снежно-ледяных толще* (СЛГ) и грунтах,
-разработать рекомендации по практическим методам регулирования режимов таяния СЛТ и охлаждения грунтовых покровов.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые рассмотрена проблемы тепломассообмена снежно-ледяных покровоз с позиций оптики рассеива.одих сред в условиях объемного прогрева, изучьно влияние пля.ночных покрытий на режим таяния ледппкоу, исследованы котсі.н г.егулироз.!-.іія режима охлаждения. Грунта ч'поилених и субполярных районах.
Методологические основы исследования. Если для грунта, как
непрозрачной) поверхностно поглощающей среды применимы традиционные методы расчета радиационного теплового режима при воздействии излучения в видимой и ИК- областях спектра, то для снега и льда, представляющих собой светорассеивающие объемно поглощающие среды в коротковолновом диапазоне длин волн, должна быть выработана .методика с учетом как поглощения, так и отражения определенной толщей вещества. До сих пор рассмотрение в гллциальных средах переноса излучения ограничивалось в основном учетом ослабления лучистой энергии по закону Бугера, по которому объемное отражение фактически приписывалось поверхностному. Поэтому использование, в данных исследованиях математического аппарата теории рассеяния и распространения' излучения в оптически неоднородных средах позволит корректно подойти и к решению задачи сложного теплообмена в полупрозрачных гляциальных образованиях.
Основные научные положения и результаты, В представленной диссертационное работе приведены:
I - теоретические (оптико-теплофизические) модели снега и льда, , Z - модели радиационного теплопереноса в снемно-ледяной спето-рассепвающей среде,
-
- аналитические и численные решения ряда краевых задач лучистого теплопереноса в оптически неоднородних поглощающих и излучающих средах, обеспечивающие оценки- оптических и тепловых параметров ледниковых и грунтовых покровов,
-
- конкретные методы регулирования режимами радиационного тепломассообмена естественных покровов - нанесение теплоперєцаощих слоеі обеспечивающих усиление интенсивности таяния СЛТ или охлаждение Грунтов.
В диссертационной роооте защищается: I. Новый подход к исследованию объемного прогрева снега и льда с позиций оптики рассеивающих сред в рамках радиационной теплофизики полупрозрачных материалов.
-
Методы регулирования теплового режима . снежно-ледяных толщ и грунта.
-
Практическое использование результатов решения задачи сложного теплообмена для полупрозрачных и непрозрачных сред, защищенных терморег^лирующими почрі-тиями, обеспечивающими дополнительный прогрев или охлахдение подстилающих естественных покровов..
Достолерность полученных теоретических данных подтверждается
удовлетворительным совпадением результатов модельных, численных и. аналитических оценок, а также экспериментально измеренными оптическими характеристиками и параметрами теплового режима, приведен-? ных в научно-технической литературе и рядом непосредственных испытаний, . например, разработанного перфорированного терморегулирушего покрытия в естественных условиях.
Практическое значение результатов и рекомендации по их внедрению, Разработанные инженерные методики расчета процессов взаимодействия излучения с гляциальнымн средами и грунтами позволяют оценить их оптические и тепловые параметры, которые могут быть использованы при анализе теплового ре;кпма природных покровов в условиях переменной лучистой и конвективной тепловой нагрузки в период времени,пока абляционное разрушение не станет преобладавши фактором дальнейшей эволюции исследуемых ледников или процесс не станет стационарным. С, целью усиления интенсивности таяния фирновых или ледяных полей, последние покрываются перфорированными, например, полиэтиленовыми пленками. Для охлакцения грунта предусматривается его укрытие двухслойным покровом на основе доступных материалов типа ылака к металлических струлек.
Комплекс разработанных алгоритмов и программ позволяет предложить процедуру оптимального выбора физических параметров гляциаль-ных образований и грунтов, характеристик внешней среды, обеспечивающих требуемы!» тепловой редпм естественных и искусственных покровов.
Апробация работы. Основные результати исследований докладывались на юбилейной научно-технической конференции, посеяшєнной 150-летию МВТУ им. Н.Э.Баумана (г. Москва); представлялись на научно-техническом семинаре в НШ Арктики и Антарктики (г. Ленинград) соответственно в I960 и 1988 г.г. По теме диссертации опубликованы две статьи, книга, получено положительное решение на изобретение, ч подана заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех пав, заключения, списка литературы (77 наименований), условных обозначений. Рабста изложена на 161 стр. машинописного текста, включает I3Q стр. основной темы, 49 рисунков, 12 тсблиц.
