MATHEMATICAL MODEL OF FREEZING OF ROCKS SATURATED WITH SALT SOLUTION TAKING INTO ACCOUNT THE INFLUENCE OF OSMOSIS

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

The paper presents a mathematical model of rocks freezing saturated with salt solution under impact of osmotic force. Osmosis is related to the salt concentration gradient, which is characteristic for solutions, and it is a powerful mechanism for the movement of solutions in poorly permeable porous media. A mathematical criterion for the formation of closed “pockets” with brines (cryopags) in frozen rocks has been obtained. This criterion is shown to be significantly depends on the osmosis coefficient. The model includes three layers of a porous medium saturated, respectively, with ice, ice and solution, and salt solution only. A special case was studied when there is only a second layer with a movable boundary, on which a phase transition from the second layer to the third one occurs. The investigated layer is saturated with a salt solution and ice in thermodynamic equilibrium. Other layers are replaced by boundary conditions. An approximate analytical solution of the problem is found in a self-similar formulation. The nature of the influence of osmotic force on the freezing process of rocks saturated with solution is shown. The characteristic patterns associated with the considered process are revealed. One of the features of the osmosis influence is the fact that it can cause the movement (migration) of the solution in the direction of increasing pressure, i.e. in the direction opposite to the driving force caused by the pressure gradient.

Об авторах

M. Ramazanov

Email: mukamay-ipg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2468-1272

N. Bulgakova

Email: mukamay-ipg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4224-1246

L. Lobkovsky

Автор, ответственный за переписку.
Email: mukamay-ipg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8033-8452

Список литературы

  1. Chuvilin, E. M. (1999), Migration of ions of chemical elements in freezing and frozen soils, Polar Record, 35(192), 59–66, https://doi.org/10.1017/s0032247400026346.
  2. Kemper, W. D. (1961), Movement of Water as Effected by Free Energy and Pressure Gradients: II. Experimental Analysis of Porous Systems in Which Free Energy and Pressure Gradients Act in Opposite Directions, Soil Science Society of America Journal, 25(4), 260–265, https://doi.org/10.2136/sssaj1961.03615995002500040010x.
  3. Landau, L. D., and E. M. Lifshitz (1976), Theoretical Physics: Volume 5, Nauka, Moscow (in Russian).
  4. Lobkovskii, L. I., and M. M. Ramazanov (2018), Front Regime of Heat and Mass Transfer in a Gas Hydrate Reservoir under the Negative Temperature Conditions, Fluid Dynamics, 53(4), 517–530, https://doi.org/10.1134/s0015462818040092.
  5. Ramazanov, M. M., A. V. Karakin, and L. I. Lobkovskiy (2019), Mathematical Model for the Motion of Solutions Taking into Account the Osmotic Effect, Doklady Earth Sciences, 489(1), 1306–1309, https://doi.org/10.1134/s1028334x19110060
  6. Ramazanov, M. M., N. S. Bulgakova, and L. I. Lobkovskiy (2022), Osmotic Convection, Doklady Physics, 67(5), 153–158, https://doi.org/10.1134/s1028335822040061.
  7. Shakhova, N., I. Semiletov, O. Gustafsson, V. Sergienko, L. Lobkovsky, O. Dudarev, V. Tumskoy, M. Grigoriev, A. Mazurov, A. Salyuk, R. Ananiev, A. Koshurnikov, D. Kosmach, A. Charkin, N. Dmitrevsky, V. Karnaukh, A. Gunar, A. Meluzov, and D. Chernykh (2017), Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf, Nature Communications, 8(1), https://doi.org/10.1038/ncomms15872.
  8. Tsypkin, G. G. (2009), Flows with phase transitions in porous media, Fizmatlit, Moscow (in Russian)
  9. Yakushev, V. S. (2009), Natural gas and gas hydrates in permafrost, VNIIGAZ, Moscow (in Russian)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Ramazanov M., Bulgakova N., Lobkovsky L., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».