В монографии рассматриваются проблемы численного моделирования тепло влажностного режима в многолетнемерзлых грунтах. Рассмотрен вопрос восстановления неизвестных параметров в зоне фазового перехода при решении некорректных обратных задач теплопроводности. Правильное определение функции количества незамерзшей воды позволяет корректно описать тепловлажностный режим промерзаюшего-протаивающего мерзлого грунта и провести расчет напряженно-деформированного состояния конструкции при циклических воздействиях внешней среды. Книга предназначена для мерзлотоведов, аспирантов, студентов вузов и всех специалистов, интересующихся освоением и развитием районов распространения многолетней мерзлоты

В работе моделируется температурное поле массива грунтов вблизи заглубленного магистрального газопровода. Целью теплового расчета является изучение влияния его теплоизоляции на грунты и определение времени формирования предельного радиуса растепления грунтов вокруг газопровода. Теплообмен газопровода с окружающим массивом грунтов исследуется с учетом ряда сезонных факторов, оказывающих на него влияние, таких как солнечная радиация и альбедо поверхности, снежный покров, характеристики атмосферного воздуха, а также при циклических изменениях температуры транспортируемого газа. Температуры транспортируемого газа, соответствующие выбранному участку газопровода, приняты на основании тепловых расчетов газопровода. Переменные значения температур обусловлены увеличением подачи газа в магистральный газопровод в разные сроки его эксплуатации. Методом исследования является математическое моделирование. На основании результатов вычислительного эксперимента были определены ореолы протаивания-промерзания и температуры грунтов оснований на выбранном участке магистрального газопровода. Данная информация необходима для прогнозирования устойчивости грунтового основания, а следовательно, и безопасной эксплуатации газопровода. На основании полученных данных могут быть приняты технические решения (тип прокладки магистрального газопровода), обеспечивающие его надежность в процессе эксплуатации. Рассмотрены мероприятия по инженерной защите газопровода.

В настоящее время в связи с интенсивным освоением арктического побережья становится актуальным прогнозирование температурного режима мерзлых засоленных грунтов, которые используются в качестве оснований для строительства и эксплуатации сложных инженерных сооружений. Из-за большего содержания в них незамерзшей воды засоленные мерзлые грунты являются менее прочными, чем незасоленные. Засоленность грунтов оказывает большое влияние на тепломассообменные и физико-механические свойства таких грунтов. Основной вклад в изменение этих свойств вносит количество незамерзшей воды. Как известно, незамерзшая вода зависит от температуры замерзания, концентрации порового раствора и начальной влажности. В данной работе приведены результаты экспериментального определения количества незамерзшей воды в зависимости от температуры для засоленного песчаного грунта. Экспериментальные исследования были проведены на образцах речного песка, взятого на берегу р. Лены. Образцы песка увлажнялись раствором хлористого натрия, концентрация которого изменялась в пределах от 0 до 20 %, начальная влажность варьировалась от 4,2 до 20 %. Количество незамерзшей воды при различных температурах определено методом непрерывного ввода тепла, разработанным в Институте физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН. Используя полученные экспериментальные данные, выведена формула, позволяющая рассчитать количество незамерзшей воды при любом изменении начальной влажности, температуры и концентрации порового раствора. Сравнение полученных расчетных данных показало хорошее совпадение с экспериментальными данными. Полученная формула применима только для засоленных песчаных грунтов.

Представлены результаты экспериментальных исследований фазового состава воды в загрязненных нефтепродуктами грунтах при отрицательных температурах. Полученные результаты сопоставляются с данными измерений теплопроводности и коэффициента фильтрации воды через загрязненный грунт.

Настоящая монография знакомит читателя с концепцией на­ копления повреждений в материалах и конструкциях (damage mecha­ nics), содержит результаты экспериментальных исследований меха­ нических свойств колесной стали и выявления особенностей дефек­ тов, возникающих при эксплуатации железнодорожной техники в эк­ стремальных климатических условиях российских Арктики и Субарк­ тики, а также соответствующие теоретические модели и практичес­ кие методики. Впервые получены соотношения, связывающие изме­ нение динамической прочности стали при низких температурах с ус­ коренным накоплением повреждений, и предложена методика оцен­ ки поврежденности и ресурса по климатическим данным, что позво­ ляет применять разработанные подходы для любых регионов Земли и других планет с экстремальными условиями эксплуатации. Даны кон­ кретные рекомендации по применению разработанной методики и предложены методы повышения ресурса железнодорожных колес. Книга предназначена для специалистов в области оценки проч­ ности и ресурса, обеспечения безопасности эксплуатации техничес­ ких систем и комплексов в экстремальных условиях, а также для сту­ дентов и аспирантов — физиков, механиков, горняков, строителей, специализирующихся в освоении регионов с экстремальными клима­ тическими условиями, моделировании процессов и систем, предназ­ наченных для эксплуатации в условиях Арктики и Субарктики, а также для справочных целей. Может быть полезна школьникам старших клас­ сов при выполнении первых научно-исследовательских работ.

Рассматривается математическая модель совместной прокладки сетей водопровода и квартальных тепловых сетей. Целью статьи является исследование влияния излучения на процесс сложного теплообмена, происходящего в кожухе теплоизоляции между элементами конструкции. Приведены результаты математического моделирования тепловых потерь с учетом лучистой составляющей. При расчете тепловых потоков, которые теряет трубопровод при транспортировке теплоносителя через тепловую изоляцию, обычно учитывается процесс передачи теплоты путем теплопроводности и конвекции. Лучистой составляющей при этом в большинстве случаев пренебрегают. Особенно заметно влияние теплопередачи путем лучеиспускания и конвекции при использовании теплоизоляционных изделий с крупными порами, воздушными прослойками. Рассматривается наземная конфигурация трубопровода и водопровода, уложенного в общую тепловую изоляцию, изготовленную из минеральной ваты. При совместной прокладке трубопроводов происходит сложный лучистый теплообмен, который состоит для любого, одного из этих трубопроводов из излучения отраженного от другого трубопровода и собственного излучения. Рассчитывается нестационарное температурное поле конструкции, состоящей из двух параллельно уложенных трубопроводов с разными диаметрами, лежащих в общей теплоизоляционной конструкции, изготовленной из минеральной ваты. Элементы конструкции обмениваются теплом между собой и окружающей средой посредством конвекции и излучения.
This paper considers a mathematical model of joint laying of water pipeline networks and district heat networks. The purpose of the work is to study the effect of radiation on the process of complex heat exchange taking place in the housing insulation between structural elements. The results of mathematical simulation of the heat loss taking into account the radiant component are given. When calculating the heat flows which are lost in the pipeline through thermal insulation at transporting the coolant, the heat transfer process is usually considered by means of conduction and convection. The radiant component is neglected in most cases. The influence of heat transfer by radiation and convection is particularly noticeable using thermal insulation products with large pores and air gaps. A ground configuration of a pipe line and water pipe line laid in a joint thermal insulation made of mineral wool is considered. When laying joint pipelines, complex radiative heat transfer occurs. It consists, for each one of these pipelines, of radiation reflected from the other pipeline and self-radiation. A non-stationary temperature field of the structure, consisting of two parallel stacked pipes with different diameters lying in a joint insulating structure made of mineral wool, is calculated. The construction elements exchange heat with each other and the environment by convection and radiation.

Монография посвящена описанию метода оценки хладостойкости крупногабаритных тонкостенных конструкций, основанного на использовании температуры эксплуатации как расчетного фактора. Доказана применимость в качестве расчетно-экспериментального параметра оценки хладостойкости второй критической температуры вязкохрупкого перехода по Махутову Н. А.. Показана применимость метода для анализа причин разрушения элементов металлоконструкций и для обработки результатов натурных испытаний тонкостенных металлоконструкций типа цилиндрических сосудов давления и труб большого диаметра в условиях климатических температур г. Якутска. Особо показана применимость метода для оценки хладостойкости тонкостенных металлоконструкций после длительной эксплуатации в условиях Крайнего Севера.