ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2018, № 12 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Диэлектрический метод измерения скрытой теплоты плавления льда при оттаивании мерзлой почвы

В.Л. Миронов1, А.Ю. Каравайский1, Ю.И. Лукин1, Е.И. Погорельцев1

1 Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, 50/38, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.12.14 УДК 537.86, 536.42 EDN YSTVML

Аннотация

Проведены экспериментальные исследования изменения массы незамерзшей воды, содержащейся в мерзлой Nа-бентонитовой глине в диапазоне температур от -30 до 0 °C и диапазоне массовых влажностей от 0 до 1 г / г с помощью диэлектрического метода. Предложен калориметрический метод измерения удельной скрытой теплоты плавления льда в связанную и несвязанную воду при нагревании мерзлой почвы. Предложен метод измерения скрытой теплоты плавления льда в мерзлой почве в процессе нагревания методом диэлектрических измерений. С целью обоснования предложенной методики проведено сравнение скрытой теплоты плавления льда при нагревании бентонитовой глины, полученной методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), с рассчитанной с помощью диэлектрического метода.

  • диэлектрическая модель
  • диэлектрическая проницаемость
  • мерзлые почвы
  • незамерзшая вода
  • незамерзающая вода
  • связанная вода
  • фазовые переходы
  • дифференциальная сканирующая калориметрия
Abstract (in English)

Experimental studies of the change in the mass of unfrozen water contained in frozen Na-bentonite clay in the temperature range from -30 to 0 °C and a gravimetric moistures range from 0 to 1 g / g have been carried out by the dielectric method. The calorimetric method is proposed for measuring the specific latent heat of fusion of ice into bound and unbound water when the frozen soil is heated. The method of dielectric measurements is proposed for measuring the latent heat of fusion of ice in frozen soils during heating. In order to substantiate the proposed technique, the latent heat of fusion of ice in frozen bentonite clay measured by the differential scanning calorimetry during heating was compared with this value obtained by the dielectric method.

Для цитирования

Миронов В.Л., Каравайский А.Ю., Лукин Ю.И., Погорельцев Е.И. Диэлектрический метод измерения скрытой теплоты плавления льда при оттаивании мерзлой почвы // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.12.14

Литература

  1. Wu A., Sun Y., Li X. Granular Dynamic Theory and Its Application. Springer Berlin Heidelberg, 2008. 364 p.
  2. Фролов А. Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1998. 515 c.
  3. Mironov, V. L., Kosolapova, L. G., Lukin, Y. I., Karavaysky, A. Y., Molostov, I. P. Temperature-and texture-dependent dielectric model for frozen and thawed mineral soils at a frequency of 1.4 GHz. Remote Sensing of Environment, 2017, Vol. 200, pp. 240-249, doi.org/10.1016/j.rse.2017.08.007.
  4. Kozlowski T. A comprehensive method of determining the soil unfrozen water curves: 1. Application of the term of convolution. Cold Regions Science and Technology, 2003, Vol. 36, Issues 1-3, pp. 71-79, doi.org/10.1016/S0165-232X(03)00007-7.
  5. Kozlowski T. A comprehensive method of determining the soil unfrozen water curves: 2. Stages of the phase change process in frozen soil-water system. Cold Regions Science and Technology, 2003, Vol. 36, Issues 1-3, pp. 81-92, doi.org/10.1016/S0165-232X(03)00006-5.
  6. Kozlowski T. A semi-empirical model for phase composition of water in clay-water systems. Cold Regions Science and Technology, 2007, Vol. 49, Issue 3, pp. 226-236, doi.org/10.1016/j.coldregions.2007.03.013.
  7. Osipov V. I. Nanofilms of adsorbed water in clay: Mechanism of formation and properties. Water Resources, 2012, Vol. 39, No. 7, pp. 709-721.
  8. Mironov, V. L., Komarov, S. A., Lukin, Y. I., Shatov, D. S. A technique for measuring the frequency spectrum of the complex permittivity of soil. Journal of Communications Technology and Electronics, 2010, Vol. 55, No. 12, pp. 1368-1373.
  9. Mironov V. L., Savin I. V. A temperature-dependent multi-relaxation spectroscopic dielectric model for thawed and frozen organic soil at 0.05-15 GHz. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 2015, Vol. 83-84, pp. 57-64, doi.org/10.1016/j.pce.2015.02.011.
  10. Mironov V. L., Dobson M. C., Kaupp V. H., Komarov S. A., Kleshchenko V. N. Generalized refractive mixing dielectric model for moist soils. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2004, Vol. 42, No. 4, pp. 773-785, doi: 10.1109/TGRS.2003.823288.
  11. Mironov V. L., De Roo R. D., Savin I. V. Temperature-Dependable Microwave Dielectric Model for an Arctic Soil. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2010, Vol. 48, No. 6, pp. 2544-2556, doi: 10.1109/TGRS.2010.2040034.
  12. Mironov V. L., Molostov I. P., Lukin Y. I., Karavaisky A. Y. Method of retrieving permittivity from S12 element of the waveguide scattering matrix. International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Krasnoyarsk, 2013, pp. 1-3, doi: 10.1109/SIBCON.2013.6693609.
  13. Ulaby F. T., Moore R. K., Fung A. K. Microwave remote sensing active and passive-volume III: from theory to applications. Artech House, 1986, 2162 p.
  14. Григорьев И. С. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 c.