Calculation of the coefficient of thermal conductivity of snow cover

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the work is to obtain generalized simple formulas for calculating the coefficient of thermal conductivity of snow cover when calculating its thermal resistance. To achieve the goal, a comparison was made of the parabolic formula of N.I. Osokin, obtained on the basis of generalization and correlation analysis of existing dependencies for calculating the coefficient of thermal conductivity having fractional coefficients, with its simplified version with integer coefficients. Based on the linearization of the base Simple linear formulas for determining the coefficient of thermal conductivity depending on the density of snow for two characteristic density ranges (200-300) and (300-400) kg/m3 were also obtained. The percentage errors in the calculations of the coefficient of thermal conductivity of snow, which are possible with the simplification of the coefficients and linearization of the basic parabolic dependence of the coefficient of thermal conductivity on the density of the snow cover, are determined. It is established that the errors arising from the linearization of the basic function do not exceed 5%, which is quite acceptable in engineering calculations. The discrepancy between the results of calculations according to the basic and simplified formula (with coefficients rounded to integer values of the first order) does not exceed 1.5% in the entire considered range of changes in snow density. The results of numerical calculations are presented in the form of graphs that allow you to visually assess the impact of simplifying the calculation formula and its linearization on the accuracy of determining the coefficient of thermal conductivity of snow cover.

References

  1. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние термического сопротивления снежного покрова на устойчивость многолетнемерзлых пород // Криосфера Земли, 2016, т. XX, № 3, с. 105–112. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2016-3(105-112)
  2. Шульгин, А. М. Климат почвы и его регулирование. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 300 с.
  3. Балобаев В.Т. Геотермия мерзлой зоны литосферы севера Азии. Новосибирск: Наука, 1991. 193 с.
  4. Павлов А.В. Расчет и регулирование температурного режима почвы.­Новосибирск: Наука, 1980. 240с.
  5. Хабибуллин И. Л., Солдаткин М. В. Динамика промерзания сезонно-талого слоя криолитозоныс учетом наличия снежного покрова // Вестник Башкирского университета. 2012. Т. 17. №2. С. 843-846.
  6. Шульгин, А. М. Снежная мелиорация и климат почвы. Л. :Гидрометеоиздат, 1986. 70 с.
  7. Железняк И. И., Сакисян Р. М. Методы управления сезонным промерзанием грунтов в Забайкалье. Новосибирск: Наука. 1987. 128 с.
  8. Galkin A.F., Pankov V.Yu. Thermal Protection of Roads in The Permafrost Zone // Journal of Applied Engineering Science. 2022. Vol. 20, №2, Р. 395-399. doi: 10.5937/jaes0-34379
  9. Zhirkov, A., Sivtsev, M., Lytkin, V., Séjourné, A., Wen, Z. An Assessment of the Possibility of Restoration and Protection of Territories Disturbed by Thermokarst in Central Yakutia, Eastern Siberia // Land, 2023, 12(1), 197
  10. Park H., Fedorov A.N., Zheleznyak M.N., Konstantinov P.N., Walsh J.E. Effect of snow cover on pan-Arctic permafrost thermal regimes // Climate Dynamics, 2015, vol. 44, p. 2873–2895, doi: 10.1007/ s00382-014-2356-5
  11. Жирков А.Ф., Сивцев М.А.Оценка возможности восстановления защитного слоя в условиях Центральной Якутии//В сб.: Мониторинг в криолитозоне. Сборник докладов Шестой конференции геокриологов России с участием российских и зарубежных ученых, инженеров и специалистов. М., 2022. С. 444-450.
  12. Galkin A.F. Controlling The Thermal Regime of the Road Surface in the Cryolithic Zone // Transportation Research Procedia. 2022. V.63, pp. 1224-1228. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.06.128
  13. Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны.-Новосибирск: «Гео», 2008. 229 с.
  14. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Накалов П.Р., Ненашев С.В. Термическое сопротивление снежного покрова и его влияние на промерзание грунта // Лед и снег. 2013, т. 53, № 1. С. 93–103.
  15. Сосновский А.В. Математическое моделирование влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата// Криосфера Земли. 2006, Т. X. №3. С. 83-88.
  16. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А., Накалов П.Р. Термическое сопротивление снежного покрова и его изменчивость // Криосфера Земли, 2014, т. XVIII, № 4, с. 70–77.
  17. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 3. С. 60–68.
  18. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление // Лёд и Снег. 2013. Т. 53. № 3. С. 63–70. doi: 10.15356/2076-6734-2013-3-63-70 .
  19. Котляков В.М., Сосновский А.В., Осокин Н.И. Оценка коэффициента теплопроводности снега по его плотности и твёрдости на Западном Шпицбергене // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 3. С. 343–352. doi: 10.15356/2076-6734-2018-3-343-352.
  20. Галкин А.Ф., Панков В.Ю., Фёдоров Я.В. Расчетный коэффициент теплопроводности бинарной смеси //Арктика и Антарктика. 2022, №4. С. 11-19. doi: 10.7256/2453-8922.2022.4.39349
  21. Galkin A.F., Pankov V. Yu., Zhirkova E.O. Thermal Conductivity of a Gravel Layer of a Road // E3S Web of Conferences 371, 03042 (2023) https://doi.org/10.1051/e3sconf/202337103042

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).