|
1-1(85) 2015 МАТЕМАТИКА
А.Г. Петрова, Н.П. Мошкин, А.Ф. Жирков
Задача о возмущениях фазового фронта в ненасыщенном грунте под действием инфильтрации осадков
Исследовано влияние инфильтрации жидких атмосферных осадков на температуру и водонасыщенность грунта и протаивание вечной мерзлоты. Изучение влияния атмосферных осадков на протаивание грунтов имеет большое значение как для северных территорий с зонами вечной мерзлоты, так и для сельскохозяйственных районов юга Западной Сибири. В общем случае эта очень сложная задача требует учета многочисленных факторов. Рассматривается одномерная задача без учета испарения, солнечной радиации и влияния почвенно-растительного слоя. Область между дневной поверхностью и фронтом протаивания занята грунтом, который рассматривается как пористая среда с неподвижным скелетом и порами, заполненными водой и воздухом. Область перед границей фазового перехода занята мерзлым грунтом, в порах которого находятся лед и воздух. Модель строится в следующих предположениях: вода и лед несжимаемые, воздух — вязкий совершенный газ; температура и давление — общие для скелета и пор; поверхность грунта подвержена воздействию выпадающего с определенной скоростью и температурой дождя. Определяющие уравнения в мерзлом и талом грунте представляют собой законы сохранения массы, энергии, дополненные обобщенным законом Дарси и уравнением состояния совершенного газа. Условия на поверхности фазового перехода, которая считается совпадающей с линией разрыва водонасыщенности, выводятся стандартным образом из законов сохранения в предположении непрерывности температуры и давления. На поверхности грунта задается «скорость» осадков, т. е. условие на градиент давления. Нелинейная система уравнений со свободной границей линеаризуется на стационарном решении задачи с неподвижной фазовой границей в отсутствие дождя. Строится алгоритм численного решения линеаризованной задачи, и приводятся результаты численных расчетов.
DOI 10.14258/izvasu(2015)1.1-18
Ключевые слова: фазовый переход, ненасыщенные почвы, инфильтрация, задача Стефана
Полный текст в формате PDF, 794Kb. Язык: Русский. ПЕТРОВА Анна Георгиевна
доктор физико-математических наук, декан факультета математики и информационных технологий Алтайского государственного университета (Барнаул, Россия) E-mail: dekan@math.asu.ru
МОШКИН Николай Павлович
доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск, Россия) E-mail: nikolay.moshkin@gmail.com
ЖИРКОВ Александр Федотович
аспирант Института мерзлотоведения им. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (Якутск, Россия)
E-mail: zhirkov_af@mail.ru
|