Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние исследования грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами
1.1. Загрязнение грунтов нефтью и нефтепродуктами 10
1.2. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на физические свойства грунтов 20
1.3. Загрязнение грунтов криолитозоны нефтью и нефтепродуктами 24
Выводы по первой главе 28
ГЛАВА 2. Методы исследования тепло- и массообменных свойств и фазового состава воды загрязненных нефтепродуктами песчано-глинистых грунтов
2.1.Комплексный метод определения тепло физических свойств песчано глинистых грунтов 30
2.1.1. Метод непрерывного ввода тепла для определения фазового состава воды в песчано-глинистых грунтах загрязненных нефтепродуктами 38
2.1.2. Описание автоматизированной установки комплексного метода определения теплофизических свойств дисперсных материалов 46
2.1.3. Устройство и работа базовой системы автоматизации теплофизического эксперимента 48
2.1.4. Программа измерения данных 53
2.1.5. Методика проведения эксперимента 54
2.1.6. Анализ инструментальных и методических погрешностей комплексного метода 57
2.2. Метод определения коэффициента фильтрации в грунтах загрязненных нефтепродуктом 62
2.2.1. Описание фильтрационного прибора 67
2.2.2. Погрешность определения коэффициента фильтрации жидкости в песчано-глинистых грунтах 69
2.3. Метод определения коэффициента диффузии нефтепродуктов в грунтах 70
Выводы по второй главе 76
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования теплофизических свойств и фазового состава воды, загрязненных дизельным топливом грунтов
3.1.Общая характеристика исследуемых грунтов 78
3.2. Результаты измерений теплофизических свойств и фазового состава воды в песчано-глинистых грунтах, загрязненных дизельным топливом 82
3.3 Методика расчета теплопроводности загрязненного нефтепродуктами песка 96
Выводы по третьей главе 111
ГЛАВА 4. Исследование массообменных свойств грунтов, загрязненных дизельным топливом
4.1.Результаты экспериментального определения коэффициента фильтрации воды и дизельного топлива в песке и суглинке 112
4.2.Результаты экспериментального определения коэффициента диффузии дизельного топлива в песке 117
Выводы по четвертой главе 121
Заключение 122
Литература 124
Приложение 136
- Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на физические свойства грунтов
- Описание автоматизированной установки комплексного метода определения теплофизических свойств дисперсных материалов
- Погрешность определения коэффициента фильтрации жидкости в песчано-глинистых грунтах
- Результаты измерений теплофизических свойств и фазового состава воды в песчано-глинистых грунтах, загрязненных дизельным топливом
Введение к работе
Актуальность работы. Объекты, связанные с добычей, переработкой, транспортировкой, хранением нефтепродуктов, являются источниками, загрязняющими широкой гаммой углеводородных соединений геологическую среду, т.е. территории, относящиеся к этим объектам, подвергаются потенциально высокой техногенной нагрузке. Потери нефти и нефтепродуктов на территории России, по данным геоэкологов, достигают 8–9 млн. т. в год. Ежегодно происходит более 60 крупных и 20 тыс. значительных разливов нефти (Абросимов А.А.).
На Севере России построено большое количество нефтебаз, которые являются основными точками обеспечения жидким топливом многих населенных пунктов, промышленных центров горно-добывающей и газовой промышленности, водного, наземного и воздушного транспорта. Эти нефтебазы часто территориально, по транспортной схеме и организационно связаны между собой и являются жизнеобеспечивающими топливно-энергетическими узлами всего Северного региона России. Многие из них расположены в зонах распространения вечной мерзлоты на берегах таких рек, как Обь, Енисей, Лена, Оленек, Индигирка, Колыма.
Поэтому загрязнение окружающей среды при авариях и утечках нефтепродуктов при их добыче, транспортировке и хранении в условиях вечной мерзлоты является злободневной экологической проблемой. Загрязнение нефтепродуктами отличается не только пагубным воздействием на всю живую природу, но и характеризуется очень большими затратами на его устранение.
Исследование процессов, происходящих в дисперсных средах, коими являются и грунты, при наличии нефтепродуктов – актуальная задача в плане совершенствования и разработки мероприятий по профилактике, ликвидации, оценке негативных последствий загрязнения нефтепродуктами. Экспериментальное исследование тепло- и массообменных свойств грунтов, загрязненных нефтепродуктами, позволит создать базу данных для математического моделирования процессов тепло- и массопереноса в них. В настоящее время из-за отсутствия данных по тепло- и массообменным свойствам указанных грунтов в расчетах часто используются данные, полученные для незагрязненных дисперсных пород. Теплопроводность, коэффициент фильтрации, фазовый состав воды являются определяющими параметрами при моделировании процессов тепломассопереноса в дисперсных средах, их экспериментальное исследование, является актуальной задачей теплофизики.
Цель работы – экспериментальное исследование теплофизических и массопереносных свойств загрязненных нефтепродуктами грунтов и фазового состава воды в них в зависимости от температуры, влажности и степени загрязнения.
Задачи исследований:
- провести экспериментальные исследования зависимости теплофизических свойств грунтов и фазового состава воды в них от температуры, влажности и степени загрязнения дизельным топливом;
- используя теорию обобщенной проводимости, разработать методику расчета теплопроводности загрязненного нефтепродуктом зернистого грунта, провести численные расчеты и сравнить их результаты с полученными экспериментальными данными;
- исследовать влияние загрязнения дизельным топливом на коэффициент фильтрации воды в грунтах;
- разработать методику определения коэффициента диффузии нефтепродуктов в грунтах в талом и мерзлом состоянии и получить экспериментальные данные.
Научная новизна работы:
- усовершенствованы существующие методики определения теплофизических и массопереносных свойств грунтов и обоснована возможность их применения для исследования грунтов, загрязненных нефтепродуктами;
- получены новые экспериментальные данные по зависимости теплопроводности и теплоемкости мерзлых и талых загрязненных грунтов от влажности и степени загрязнения дизельным топливом;
- установлено влияние сценария загрязнения и увлажнения на количество незамерзшей воды в мерзлых грунтах;
- разработана методика расчета теплопроводности загрязненного нефтепродуктами песчаного грунта;
- установлено влияние загрязнения на фильтрацию воды через насыщенный дизельным топливом сухой суглинок, увлажненные песок и суглинок;
- разработана методика определения коэффициента диффузии нефтепродуктов в талом и мерзлом песке и получены новые его значения.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты:
- экспериментальные данные по теплофизическим свойствам загрязненных дизельным топливом грунтов и фазовому составу воды в них;
- методика расчета теплопроводности влажного зернистого загрязненного нефтепродуктом грунта;
- экспериментальные данные по зависимости коэффициента фильтрации воды в сухих и влажных загрязненных грунтах от концентрации дизельного топлива;
- методика определения коэффициента диффузии дизельного топлива в мерзлых грунтах и экспериментальные данные.
Достоверность результатов подтверждается хорошим согласованием экспериментальных и расчетных результатов, полученных с применением апробированных методов определения тепло- и массообменных свойств дисперсных материалов, современного автоматизированного измерительного оборудования, теории обобщенной проводимости, теории теплопроводности и фундаментальных законов Дарси и Фика.
Практическая ценность работы. Результаты исследования применены при проведении комплексных проектных и профилактических работ по улучшению экологического состояния грунтов под площадками нефтебаз (г. Среднеколымск, г. Ленск). Полученные результаты также могут быть применены при оконтуривании сформировавшихся под воздействием техногенного разлива нефтепродуктов загрязненных участков грунта с целью изоляции их от подземных вод и предотвращения выноса загрязнений в природные водоемы.
Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, 2000); научной конференции студентов и молодых ученых «VII Лаврентьевские чтения» (секция технические науки и науки о Земле) (Якутск, 2003); VI, VII и VIII научно-технической конференции «Современные проблемы теплофизики в условиях Крайнего Севера» (Якутск, 2003, 2005, 2007); I, II, III и IV Евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (секция «Теплофизика и тепломассоперенос в материалах и конструкциях на Севере») (Якутск, 2002, 2004, 2006, 2008).
Публикации по теме диссертации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ, в том числе 1 работа в ведущем рецензируемом научном журнале из перечня ВАКа.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 137 стр. машинописного текста, 17 таблиц, 39 рисунка, список литературы из 114 наименований.
Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на физические свойства грунтов
Нефть и нефтепродукты в результате их попадания в грунты могут существенно влиять на физические свойства грунтов, такие как плотность, механическая прочность, диэлектрическая проницаемость, фильтрационная проницаемость и т.д. Изучение этих свойств во многом важно с точки зрения разработки рекомендаций по очистке грунтов от загрязнений. Нефтяное загрязнение также может оказывать влияние на способность проводить тепло в грунтах. Нефтепродукты во влажной пористой среде, как было показано выше, практически не смешиваются с водой, из-за не способности образовать водородные связи, и присутствуют в виде разрозненных капель, отдельных включений, окруженных водной пленкой. Необходимо также отметить, что сложность процесса переноса тепла обусловлена, во-первых, тем, что теплопроводящие свойства компонент, из которых состоит почва, изменяются в широком диапазоне, во-вторых, в дисперсной системе такой, какой являются грунты со своеобразной структурой порового пространства, передача тепла происходит кондуктивным, конвективным и лучистым теплообменом. Теплопроводность нефтепродуктов и составляющих их углеводородов по данным работ [14],[74] изменяется от 0,11-0,14 Вт/(м-К). Теплопроводность воды при температуре 20С составляет 0,59 Вт/(м-К) [100], отсюда видно, что теплопроводность нефтепродуктов примерно в 5 раз меньше теплопроводности воды. Зависимость теплофизических свойств компонент, слагающих загрязненную нефтепродуктами дисперсную среду, от температуры не однозначная. Так с повышением температуры теплопроводность нефтепродуктов, льда и породообразующих минералов уменьшается, а воды увеличивается.
Теплоемкость воды с повышением температуры падает, а нефтепродуктов и породообразующих минералов увеличивается. Величина удельной теплоемкости нефти и нефтепродуктов составляет 1,8-2,2 кДж/(кг-К) по данным [14] и лежит между значениями теплоемкости воды и минерального скелета. Нефть и нефтепродукты по своей природе плохо проводят электрический ток из-за того, что не имеют свободных носителей ионов в отличие от растворов солей и относятся к изоляторам. Вследствие этого, в загрязненных грунтах повышается электрическое сопротивление. Электрическая проводимость нефтепродуктов в зависимости от состава меняется в пределах от 10"9 до 10"19 Ом" -см" . Величина диэлектрической проницаемости грунтов будет зависеть от степени загрязненности. Для нефтепродуктов диэлектрическая проницаемость характеризуется низкими значениями и меняется от 2 до 3. Загрязнение грунтов нефтью и нефтепродуктами определяет возможность миграции загрязнителей диффузионным путем. Вопросы диффузионной проницаемости грунтов в отношении различных нефтяных загрязнителей изучены не в полной мере. Различные вещества-загрязнители диффундируют в одинаковой породе с разными скоростями, поэтому их коэффициенты будут различны. Степень различия коэффициентов диффузии разных загрязнителей в одном и том же грунте зависит от многих факторов, основными из которых являются размер и масса молекул. В общем случае, чем больше масса и размер диффундирующих частиц загрязнителя, тем меньше коэффициент диффузии данного загрязнителя, что непосредственно следует из формулы Эйнштейна для коэффициента молекулярной диффузии Dm: где к - постоянная Больцмана, Г- абсолютная температура, ц— вязкость среды, в которой осуществляется диффузия, г- радиус диффундирующей молекулы. Нефть и нефтепродукты относятся к загрязнителям-неэлектролитам, большинство из них нерастворимо в водном поровом растворе грунтов. Следовательно, их диффузия, например в водонасыщенных грунтах будет происходить менее интенсивно по сравнению с загрязнителями-электролитами.
Скорость распространения нефтепродуктов диффузионным путем, будет зависеть от размера пор. Как отмечено в работе [89], в случае очень малых размеров пор начавшаяся диффузия может приостановиться в результате адсорбции углеводородов на частицах грунта и закупорки пор. На смачиваемость минеральных частиц грунта нефтепродуктами влияет свойство лиофильности. Это свойство грунта характеризует способность взаимодействовать с жидкой средой-загрязнителем. Лиофильность по отно
Описание автоматизированной установки комплексного метода определения теплофизических свойств дисперсных материалов
Исследования теплофизических свойств и фазового состава воды загрязненного нефтепродуктом протаивающего песчано-глинистого грунта проводилось на экспериментальной установке, схема которой приводится на рис. 2.3. Измерительная ячейка, представляет собой четыре коаксиально расположенных цилиндра, которые центрируются на торцах эбонитовыми крышками. Три из них служат охранными нагревателями для поддержания адиабатических условий с боковой стороны. Охранный нагреватель представляет собой цилиндр из тонкостенной меди толщиной 0,25мм с плотно намотанным на него в один слой изолированным медным проводом диаметром 0,2мм. На внутренней и внешней поверхности охранных нагревателей монтируются дифференциальные термопары. Дифференциальные термопары предназначены для создания нулевого перепада температур между поверхностями, таким образом, поддерживаются адиабатические условия нагрева исследуемого образца. В самом внутреннем цилиндре измерительной ячейки расположен основной нагреватель, который также выполнен из тонкостенной меди с намотанным на него в один слой константановым проводом диаметром 0,2мм. Константан, имеет малый температурный коэффициент электрического сопротивления. Нагреватель, создает постоянный тепловой поток на боковой поверхности цилиндра. Мощности охранных нагревателей регулируются таким образом, чтобы между ними и основным нагревателем поддерживался нулевой перепад температуры.
Основной нагреватель и охранные нагреватели питаются от источников стабилизированного питания постоянного тока. Мощность основного нагревателя находится по схеме, приведенной на (рис. 2.3) с использованием об Измеряя падение напряжения на образцовых сопротивлениях R\ и R3 можно рассчитать ток, который течет через основной нагреватель, определить его сопротивление и затем рассчитать электрическую мощность, выделяемую на нагревателе. Мощность на охранных нагревателях регулируется программируемыми источниками питания ЦАП, имеющиеся в составе КИС АК-6.25 один из них, самый первый питается непосредственно от ЦАП, а два остальных подключены к усилителям мощности УМ-1 и УМ-2. В исследуемом образце измеряются температура центра и боковой поверхности и по разности показаний между этими термопарами вычисляется перепад температур. Рабочий спай термопары, определяющий температуру центра, устанавливается в полую стальную трубку сделанной из медицинской инъекционной иглы, а второй рабочий спай термопары, измеряющий температуру поверхности образца, приклеивается к внутренней поверхности цилиндра. Холодные концы термопар подключаются к блоку опорных спаев и далее по удлинительным проводам к коммутатору. Для измерения температуры в образце и перепада температуры между основным и охранными нагревателями применялись термопары, выполненные из пары хромель-алюмель тип К. Для проверки идентичности термопар, изготовленных из одних и тех же катушек проводов, была проведена серия измерений десятью одинаковыми термопарами. Разброс показаний термопар не превышает 1% от измеряемой разности температур. В основу КИС АК-6.25, разработанной в ВНИИФТРИ, положен принцип конструктивного и программного объединения персонального компьютера IBM, измерительных и управляющих устройств. Для комплексного метода по определению теплофизических свойств и количества незамерзшей воды (рис.2.3) необходимо с помощью базовой системы автоматизации теплофизического эксперимента осуществить следующие операции: 1) измерение напряжений постоянного тока, поступающих с первичных преобразователей физических величин (термопар, термометров, сопротивлений); 2) измерение сопротивлений нагревателей; 3) создание многоканальных систем измерения температуры, систем градуировки преобразователей физических величин (типовое применение). Технические данные КИС АК-6.25 следующие: 1.
Вычислительные возможности системы, ёмкость памяти, характеристики внешних устройств определяются типом используемого персонального компьютера. 2. Тип связи с компьютером - последовательный интерфейс RS232C (С2). 3. Программная среда - дисковая операционная система MS-DOS в версии не ниже 3.0, язык программирования Turbo Pascal компании Borland версии не ниже 5.5. 4. Программный интерфейс пользователя - командный монитор операционной системы, аппарат процедур языка Turbo Pascal. В состав КИС входят следующие блоки и модули: 1. Корпус БЛП-5, 2. Блок питания БПС-10, 3. Модуль УВВ-12, 4. Модуль УПИ-5, 5. Модуль УКН-16. Рассмотрим кратко устройство и принцип работы вышеприведенных блоков и модулей. Основу конструкции системы составляет корпус Б ЛП-5, в котором размещены каркас с модулями и блок питания. Интерфейсные, измерительные и управляющие линии выведены на внешние разъёмы. Совокупность программных и аппаратных компонентов, используемых для реализации отдельных измерительных функций системы, представляет собой программно-аппаратное средство измерения (ПАСИ) и рассматривается пользователем как единое целое, доступное только через программный интерфейс. Других методов доступа (органов управления, индексации) ПАСИ не имеет. Программный интерфейс пользователя, при помощи которого
Погрешность определения коэффициента фильтрации жидкости в песчано-глинистых грунтах
Время наблюдаемого падения уровня жидкости в пьезометре измерялось секундомером с точностью до 0,3 с. Размеры образца (диаметр — D — 8 см, толщина слоя- / =2,97 см) измерялись штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Относительная погрешность измерения диаметра образца составила 0,25%, толщина слоя дисперсного материала 0,34%. Площадь пьезометра определяется по формуле где v - объем пьезометра, мл; L - высота делений, м. Пьезометрическая трубка объемом 4 мл, погрешность равна половине цены деления - 0,025 мл. Высота делений длиной 14,4 см, измеряется линейкой с погрешностью - 0,5 мм. Относительная погрешность объема пьезометра и высоты делений составит соответственно - 0,62 и 0,35%. Первоначальная высота уровня жидкости в пьезометре над одометром составляла 52 см, измеряется линейкой с погрешностью 0,5 мм. Интервал наблюдаемого падение уровня жидкости в пьезометре равнялся 7,2 см и определялся с погрешностью 0,5 мм. Относительная ошибка при косвенных измерениях коэффициента фильтрации составит Из существующих методов определения коэффициентов массоперено-са в дисперсных средах, известны лишь методы определения коэффициентов влагопереноса предложеные А.В. Лыковым [65], В.Д. Ермоленко [31], В.М. Казанским [40], В.Е. Подольским [82] и др. Теоретической основой метода определения коэффициента влагопереноса в дисперсных средах является дифференциальное уравнение Фика. Решая это уравнение при соответствующих граничных условиях и геометрии задачи находят распределения влагосодержания по координатам и времени. Затем решая обратную задачу, находят коэффициент диффузии массы по замерам влагосодержания в каждой точке тела.
Рассмотрим метод определения коэффициента влагопереноса в капиллярно-пористых телах [64], предложенный акад. А.В. Лыковым. Суть метода заключается в следующем, берутся два полуограниченных тела имеющих различные влагосодержания и приводятся в контакт, при этом имеет место равенство потенциалов на границе соприкосновения и скачок их производной. расстоянии от места контакта двух тел, скачок потенциалов влагопереноса равен нулю. Решение этой задачи известно [64]: Из решений (2.62) и (2.63) следует, что на границе соприкосновения (х=0) устанавливается определенный потенциал ип, который остается постоянным на протяжении всего процесса массопереноса. Тогда решения будут иметь вид Для определения коэффициента потенциалопроводности или диффузии ат по формуле (2.66) или (2.67) необходимо знать распределение влагосо держания в определенный момент времени по длине образца. Наиболее простым решением вопроса о замене определения влагосо-держания в отдельных слоях другим способом, является частный случай -расчетный вариант метода нестационарного потока, предложенный в работе В.Д. Ермоленко [31]. Суть метода заключается в измерении прироста или убыли веса исследуемого дисперсного материала через определенный промежуток времени. Количество переместившейся жидкости в единицу време dM .. ни через единицу площади соприкосновения
В настоящее время каких-либо отработанных методик по определению коэффициента диффузии нефтепродуктов в грунтах в литературе нет. Диффузия нефтепродукта также как и диффузия влаги в дисперсной среде идет с мест большей концентрации в места меньшей и подчиняется закону Фика. При наличии в дисперсной среде воды или льда в порах грунта диффузия нефтепродукта осуществляется в основном избирательно. Рассмотренный выше метод нами был применен к исследованию коэффициента диффузии нефтепродуктов в грунтах, содержащих воду и лед. При этом за потенциал переноса принимается нефтесодержание. Расчет коэффициента диффузии производился по формуле (2.70), где в нашем случае М- масса нефтепродукта в кг, перешедшего в грунт; г 0-начальное нефтесодержание образца, (%); ип-нефтесодержание на границе соприкосновения, (%); рск - объемный вес грунта в (кг/м3); S - площадь контакта в (м2); т — время контакта в (сек). Содержание нефтепродукта в образце грунта определяется по формуле где mH - масса нефтепродукта; тсг_ - масса сухого грунта; тв - масса воды, кг. В случае исследования диффузии нефтепродукта в сухом грунте тп— 0. При проведении опытов использовались два составных алюминиевых цилиндра, снабженных соединительной муфтой, длина каждого цилиндра 60 мм и диаметр 30 мм. Одна половина цилиндра заполнялась грунтом с известным влагосодержанием, а другая половина заполнялась образцом грунта, насыщенным нефтепродуктом или смесью воды и нефтепродукта. Из остатка грунта отбирается проба для контрольного определения начальной влажности и содержания нефтепродукта и помещается в стеклянную бюксу. Оба заполненных цилиндра взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,001 г., чтобы знать первоначальный вес. После составные цилиндры приво
Результаты измерений теплофизических свойств и фазового состава воды в песчано-глинистых грунтах, загрязненных дизельным топливом
Теплопроводность и теплоемкость исследуемых песчано-глинистых грунтов, загрязненных дизельным топливом, определяли комплексным методом, описанным во второй главе. На рис. 3.1 приведена зависимость теплопроводности чистого и загрязненного песка плотностью 1570 кг/м3 от влажности в талом и мерзлом состоянии. Рис. 3.1. Зависимость коэффициента теплопроводности мерзлого (сплошные линии) и талого (пунктирные линии) песка от влагосодержания при различных концентрациях загрязнения: - z-0%; - z-5%; A- z-10 %; - z-15% Характер изменения теплопроводности загрязненного песка с ростом влажности, такой же, как и в отсутствии загрязнения. Загрязнение песка в талом состоянии способствует переносу тепла. При концентрации загрязнения равной 15% в талом песке теплопроводность увеличивается на 9%. В мерзлом состоянии теплопроводность загрязненного песка также выше по сравнению с незагрязненным песком. Влияние загрязнения в мерзлом песке увеличивает величину теплопроводности на 12% при максимальном загрязнении. При влагосодержании, близком к полному заполнению пор, в мерзлом состоянии наблюдается уменьшение теплопроводности по сравнению с незагрязненным песком. Увеличение теплопроводности происходит также у образцов супеси и суглинка. На рис. 3.2. и 3.3 приведены экспериментальные зависимости теплопроводности от влагосодержания для супеси и суглинка в талом и мерзлом состоянии при разных степенях загрязнения соответственно. загрязнения: - z-0%; - z-5%; A- z-10 %; - z-15 % В талом состоянии теплопроводность у супеси и суглинка увеличивается на 20 и 12% соответственно при концентрации загрязнения 15%. В мерзлом состоянии теплопроводность супеси увеличивается на 19%, а суглинка на 11%. Повышение теплопроводности, в ненасыщенных водой грунтах объясняется замещением доли объема воздуха, дизельным топливом. і 1 1 1 1 1 і 1 Я, Вт/(м-К) 1,7 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 w,% 0,5 10 15 20 25 30 35 Рис. 3.3. Зависимость коэффициента теплопроводности суглинка в мерзлом (сплошные) и талом (пунктирные линии) состоянии при различных концентрациях загрязнения от влажности: - z-0%; - z-5%; A- z-10 %; - z-15 % При влагосодержаниях, близких к полному влагонасыщению, в исследуемых образцах грунта в мерзлом состоянии наблюдается уменьшение теплопроводности, так у супеси снижение теплопроводности проявляется сильнее, чем у загрязненного образца песка и составляет 12% при максимально возможной концентрации загрязнения в 10% (рис.3.4).
Снижение теплопроводности для песка и суглинка составляет 3 и 6% соответственно. Уменьшение теплопроводности при промерзании загрязненного дизельным топливом песка при влажности, близкой к полному заполнению пор, можно объяснить ростом кристаллов льда и подтягиванием влаги. В результа те в местах пор прежде занятых водой происходит осушение и теплопроводность уменьшается. Дизельное топливо имеет низкую температуру застывания и как показывают результаты других исследователей при промерзании загрязненных этим видом нефтепродукта грунтов, происходит усиление сегрегации льда с изменением криогенной структуры [24,71]. песок (W=14%) супесь (W=23%) суглинок (W=33%) Рис. 3.4. Зависимость коэффициента теплопроводности от степени загрязнения в различных образцах грунта в мерзлом состоянии На рис. 3.5 приводятся сравнения результатов зависимости теплопро водности загрязненного песка от температуры с расчетными значениями полученными по формуле Н.С. Иванова [39]: W (T)-W не V / ПС (3.1) Я(Т) = ЛМ+(ЯТ-ЛМ) w0-wnc где Лм и Ду - теплопроводность загрязненных образцов грунта в мерзлом и талом состояниях; Wiw(T) - функция количества незамерзшей воды, получаемая из термограмм оттаивания; W0 и Wnc - начальная влажность образцов, и прочносвязанная вода.
Максимальное расхождение между экспериментальными и расчетными значениями теплопроводности песка составляет около 7 %. Я,Вт/(м-К) —о—z-0% (эксп.) —й—z-5% (эксп.) D—z-10% (эксп.) z-0% (расч.) z-5% (расч.) - - - -z-10% (расч.) г.с -30 -20 -10 0 10 20 Рис.3.5.Температурная зависимость теплопроводности загрязненного песка влажностью 10,2 % при разных концентрациях загрязнения В таблице 3.9 приведены экспериментальные результаты температурной зависимости теплопроводности супеси загрязненной дизельным топливом с концентрацией загрязнения равной 5 и 10% и влагосодержанием (W=23,3%), плотностью (р=1585 кг/м3). В таблице 3.10 приведены данные для загрязненного суглинка с такой же концентрацией загрязнения как у супеси, влагосодержанием (W=33,6%) и плотностью (р=1460 кг/м3).
