1 საქართველოს სსრ მეცნიერებათა აკადემიის მოამბე, 123, #1, 1986 COOВШЕНИЯ АКАДЕМИИ НАУК ГРУЗИНСКОИ CCP , 123, #1, 1986 BULLEТIN of the ACADEMY of SCIENCES of the GEORGIAN SSR , 123, #1, 1986 YДK 622.412:536.244 РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ОБОГАЩЕНИЕ Ш. И. ОНИАНИ, О. А. ЛАНЧАВА К ВОПРОСУ ТЕРМОВЛАГОПЕРЕНОСА В ГОРНОМ МАССИВЕ (Представлено академиком А. А. Дзидзигури 7.6.1984) В неизотермических условиях влагопереноса в горном массиве возникает дополнительный поток массы, который обусловлен наличием температурного градиента. Интенсивность термовлагопереноса характеризуется термоградиентным коэффициентом, который определяется при отсутствии потока массы. Во многих работах, посвященных сушке капиллярно-пористых материалов, плотность потока массы выражается через суммы двух потоков, вызванных градиентами влагосодержания и температуры: 𝑗𝑚 = −λ𝑚 (∇𝑈 + 𝛿∇𝑇), (1) Где jm—плотность потока массы; λm—коэффициент влагопроводности; —оператор Лапласса; U—влагосодержание капиллярно-пористого тела; δ — термоградиентный коэффициент, отнесенный к разности влагосодержания; Т—абсолютная температура. Массоперенос внутри капиллярно-пористого тела является весьма сложным процессом, о чем свидетельствует то обстоятельство, что потенциал массопереноса до настоящего времени не имеет достаточного обоснования. В большинстве случаев интерпретации и анализа данных по переносу вещества пользуются термодинамической аналогией массообмена с теплообменом, поскольку потенциал переноса теплоты (температура) имеет строгое обоснование и существует богатый опыт в области исследования процесса переноса теплоты. Основываясь на указанной аналогии, А. В. Лыков доказал [1], что влагосодержание является аналогом энтальпии в тепловых процессах и не может служить потенциалом массопереноса. При этом А. В. Лыков свои соображения аргументировал| фактами: два капиллярно-пористых тела с разными влагосодержаниями при соприкосновении остаются в равновесии, т. е. не наблюдается перераспределение влаги между этими телами. Отсюда вывод, что у этих тел одинаковое значение потенциала влагопереноса и -тело с большим влагосодержанием характеризуется высоким значением коэффициента изотермической массоемкости. Более того, тело с меньшим влагосодержанием (например, песок) может передать влагу телу с большим значением влагосодержания (например, торфу). Таким образом, наличие градиента влагосодержания между двумя соприкасающимися телами отнюдь не говорит о существовании потока массы между ними. Следовательно, уравнение (1) не отражает сущность процесса и такое определение плотности потока массы является ошибочным. Плотность потока массы достоверно определяется согласно выражению 2 𝑗𝑚 = −λ𝑚 (∇𝜃 + 𝛿𝜃 ∇𝑇), (2) где θ—потенциал массопереноса в капиллярно-пористых телах; δθ— термоградиентный коэффициент, отнесенный к разности потенциалов массопереноса. При jm=0 из выражения (2) следует 𝛿𝜃 = ( ∇𝜃 ∇𝑇 ) 𝑗𝑚=0 ≃ ( ∆𝜃 ∆𝑇 ) 𝑗𝑚=0 (3) В лабораторных условиях на измельченных образцах исследован процесс сорбции водяного пара горными породами и построены кривые зависимости 𝜃 = 𝑓(𝑇)𝑗𝑚=0 [2]. Значения термоградиентного коэффициента 𝛿𝜃 для разных 𝜃 определены путем графического дифференцирования этих кривых и приведены на рис. 1. Рис. 1. Зависимость 𝛿𝜃=𝑓(𝛩) при температуре 293 К для горных пород: 1—глинистый алевролит (𝛾0 =2800 кг/м3); 2 — известковый песчаник (2700 кг/м3); 3 — сидеритизированный алевролит (2680 кг/м3) Несмотря на то что влагосодержание не является потенциалом массопереноса, все же в практических расчетах сушки строительных материалов оно еще нередко применяется в качестве потенциала. Поэтому имеет смысл более точное определение термоградиентного коэффициента 5, отнесенного к разности влагосодержаний. Как известно, в гигроскопической области массопереноса потенциал массопереноса θ = 𝑅𝑇1n𝜑, (4) где R—универсальная газовая постоянная; 𝜑—равновесная относительная влажность воздуха, которой соответствует определенное влагосодержание капиллярно-пористого тела. Таким образом, 𝛩 = 𝑓(𝑇, 𝑈). С учетом изложенного и понятия о полном дифференциале формула (2) принимает следующий вид: 3 𝑗𝑚 = −λ𝑚 [( 𝜕𝜃 𝜕𝑈 ) 𝑇 ∇𝑈 + ( 𝜕𝜃 𝜕𝑇 ) 𝑢 ∇𝑇 + 𝛿𝜃 ∇𝑇] (5) Известно, что 𝑐𝑚 = ( 𝜕𝜃 𝜕𝑈 ) 𝑇 , 𝛼𝑚 = 𝜆𝑚 𝛾0 𝑐𝑚 (6) где 𝑐𝑚—коэффициент изотермической массоемкости; 𝛼𝑚—коэффициент потенциало- проводности массопереноса; 𝛾0—плотность горной породы. С учетом формул (6) выражение (5) принимает вид 𝑗𝑚 = −𝛼𝑚 𝛾0 ∇𝑈 − 𝛼𝑚 𝛾0 𝑐𝑚 [( 𝜕𝜃 𝜕𝑇 ) 𝑢 + 𝛿𝜃 ]∇𝑇 (7) Отсюда видно, что из-за неизотермичности массообменного процесса возникает дополнительный поток массы, который пропорционален величине 𝑐𝑚 [( 𝜕𝜃 𝜕𝑇 ) 𝑢 + 𝛿𝜃]. Следовательно, указанная величина является термоградиентным коэффициентом, отнесенным к разности влагосодержания. Рис. 2. Зависимость δ=f (U) при температуре 293 К для тех же горных пород Величины термоградиентного коэффициента, определенные из выражения (7) при 𝑗𝑚 = 0 (рис. 2, сплошные линии), существенно отличаются от таковых, определенных из выражения (1) (см. рис. 2, пунктирные линии), и это положение необходимо учитывать при расчете термовлагопереноса в горном массиве. Академия наук Грузинской ССР Институт горной механики им. Г. А. Цулукидзе (Поступило 8.6.1984) 4 შ .ონიანი, ო. ლანჩავა სამთო მასივში თერმოტენგადატანის საკითხისათვის რ ე ზ ი უ მ ე სამთო მასივში თერმოტენგადატანის პროცესის ანალიზის საფუძველზე შემოთავაზებულია ქანის თერმოგრადიენტული კოეფიციენტების განსაზღვრის წესი. ზოგიერთი ქანისათვის მოცემულია ამ კოეფიციენტების მნიშვნელობები. EXPLOITATION OF DEPOSITS AND CONCENTRATION S h. I. ONIANI, O. A. LANCHAVA CONCERNING THE THERMO-MOISTURE TRANSFER IN A MASSIF Summary A technique is proposed for determining the thermo-gradient coefficients on the basis of an analysis of the thermo-moisture transfer in rocks. The values of these coefficients are presented for some rocks. ლიტერატურა- ЛИТЕРАТУРА — REFERENCES 1. А. В. Л ы к о в. Тепломассообмен. М, 1978. 2. Ш. И. О н и а н и, О. А. Ланчава, Ю. Р. Ксоврели. Сообщения АН ГССР, 105, № 3, 1982.