CC BY
20МУЛЛАЯРОВ. КОЗЛОВ, ГРИГОРЬЕВ, РОМ4ЩЕНКО
Обозначения: С - объемная теплоемкость, Дж/(м3-°С); (7 - объемный расход теплоносителя, и5/с; <2 - количество теплоты, Дж; Т - период колебаний, 1/с; II-температура, °С; УУ- скрытая теплота фазового перехода, Дж/м3; I - удельная теплота фазового перехода, Дж/кг; г, г- радиальная и осевая координаты, м; / - время, с; о - скорость течения теплоносителя, м/с; и-' - весовая влажность, вдолях единицы; а-коэффициент конвективного теплообмена, Вт/(м2-°С); X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С); V - кинематическая вязкость, м2/с; р-плотность, кг/м3. Нижние индексы величин означают: А - амплитуда, ас - зарядка, ё - разрядка, в - теплоноситель, f- фазовый переход, Ие - отвод теплоты, Ия - подвод теплоты, I - жидкая фаза, л - твердая фаза, 0 - начальное шачение.
Литература
1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомеп A.C. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.
2. Михеев М. А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. 320 с.
3. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. Изд. 5-е. М.: Наука, 1977. 736 с.
4. Самарский A.A., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерных задач Стефана // Журнал вычисл. математики и матем. физики. 1965. Т. 5. №5. С. 816-827.
5. Будак Б.М., Соловьева E.H., Успенский А.Б. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана// Журнал вычисл. математики и матем. физики. 1965. Т. 5. № 5. С. 828-840.
6. Яненко H.H. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск: Наука, 1967. 196 с.
7. Самарский A.A. Введение в теорию разностных
схем. М.: Наука, 1971. 550 с. >_
УДК 551.594:621.643
Индуцированный в газопроводе ток от большого магнитного
возмущения 21.01.05
В. А. Муллаяров, В.И. Козлов, Ю.М. Григорьев, Ю.А. Ромащенко
Проведенные натурные измерения косвенными методами с использованием датчиков магнитометров показали, то токи, наведенные на газопроводе при магнитных возмущениях, имеют тот же порядок величины, что и теренные при ближних грозовых разрядах (могут достигать десятков ампер). Однако токи, наводимые в трубопроводах при геомагнитных возмущениях, длятся значительное время, до нескольких дней, в то время как токи от грозовых разрядов имеют импульсный характер и длятся до 1 миллисекунды.
The carried out natural measurings by indirect methods with use of data units of magnetometers have shown, that the currents induced on a pipeline at magnetic disturbances have the same order of magnitude, as measured at close lightning discharges (can reach tens amperes). However the currents directed in pipelines at geomagnetic disturbances, last the long time, about several days while currents from lightning discharges have pulsing character and last up to I millisecond.
Введение
Как известно, одна из основных причин аварий на трубопроводах - это электрохимическая коррозия труб. Электрохимическая коррозия, в частности, может быть вызвана индуцированным полем магнитных возмущений и грозовых облаков, которые создают в трубопроводе потенциалы, способствующие окислительно-восстановительной реакции с окружающей средой. Отличие трубопроводов, эксплуатируемых в Якутии, состоит в том, что
МУЛЛАЯРОВ Виктор Арсланович, зав. лабораторией ИКФИА СО РАН, к.ф.-м.н.;
КОЗЛОВ Владимир Ильич, с.н.с. ИКФИА СО РАН, к.ф.-м.н.; ГРИГОРЬЕВ Юрий Михайлович, зам. директора ФТИ ЯГУ, д.ф.-м.н.; РОМАЩЕНКО Юрий Александрович, ФТИ ЯГУ, д.ф.-м.н., профессор
они на больших протяжениях закопаны в «мерзлую» землю на глубину до 2 м.
Влияние гроз на трубопроводы, проложенные в вечной мерзлоте, рассмотрено нами ранее в работе [1]. Целью данной работы является экспериментальное исследование токов, возникающих во время магнитных возмущений в трубопроводах, проложенных в вечной мерзлоте.
Методика и результаты измерений
Измерения проводились на газопроводе в 25 км от г. Якутска. Этот газопровод является ответвлением длиной около 30 км от магистрального газопровода и ориентирован в направлении с северо-запада на юго-восток. Измерения проводились в 8 км от ответвления. Для измерения индуцированных токов,
_ 53
Наука и образование, № 1(41), 2006
ИНДУЦИРОВАННЫЙ В ГАЗОПРОВОДЕ ТОК ОТ БОЛЬШОГО МАГНИТНОГО ВОЗМУЩЕНИЯ 21.01.05
протекающих по газопроводу в момент магнитных возмущений, использованы датчики магнитометров разработки ИЗМИРАН. Один из датчиков поля установлен вблизи газопровода (1 м в стороне), второй (реперный) - на расстоянии 600 м от газопровода. Использовались датчики вертикальной (Ъ) составляющей магнитного поля. После усилителей постоянного тока сигнал с магнитных датчиков подавался через аналого-цифровой преобразователь в компьютер. Как принято, с учетом калибровки датчиков определялась разность амплитуд магнитных возмущений на газопроводе и вдали от него, из которой оценивался индуцированный ток на газопроводе. Чувствительность каналов составляла 14,2 нТ/дел у датчика, расположенного рядом с газопроводом и 3,13 нТ/дел у реперного датчика. Для измерения чувствительности датчиков магнитного поля были проведены тестовые измерения с помощью петли, ближний провод которой располагался на расстоянии 1 м от датчика магнитного поля. На петлю подавались токи в несколько ампер.
Для оценки индуцированных токов в газопроводе рассмотрим случай большого магнитного возмущения, имевшего место 21.01.2005. По измерениям на магнитометрической станции Якутск магнитная буря началась внезапно в 17.12 иТ, максимум бухты возмущения зарегистрирован в 19.03 иТ. Максимальная вариация в Н-компоненте составила 588 нТ. Вариации 2-составляющей магнитного поля на газопроводе и вдали от него (на удалении 600 м) в период рассматриваемого магнитного возмущения приведены на рис. 1. н.
1200
12.00 00 16:00:00 20:00:00 21.11.05
00:00:00 04:00.00 UT 22.11.05
Рис. 1. Вариации 2-составляющей магнитного поля, измеренные магнитным датчиком: 1 - на газопроводе (1 м в стороне) (относительные единицы) и 2 - вдали от газопровода (600 м) (относительные единицы) в период магнитного возмущения 21.01.05. По оси абсцисс приведено мировое время (11Т)
Обсуждение результатов
Высокочастотные вариации на фазе восстановления магнитной бухты на реперном магнитометре соответствуют геомагнитным пульсациям диапазона Рс5 (период вариаций 200-300 с). В то же время обращает на себя внимание то, что на газопроводе на эти пульсации наложены другие высокочастотные вариации, причем начинаются они раньше - с максимума бухты возмущения.
Динамические спектры вариации Z-составляю-щей магнитного поля, измеренные магнитным датчиком на газопроводе и вдали от него в период магнитного возмущения 21.01.05, представлены на рис 2.
Детальный анализ этих вариаций (рис. 1 и 2) показывает, что на газопроводе спектр частотных вариаций оказывается шире, чем на реперном магнитометре. Более высокочастотные вариации, по-видимому, обусловлены особенностями распределения токов растекания с газопровода и по нему. Измеренная амплитуда магнитного возмущения в максимуме составила 1285 нТ вблизи газопровода. Разность 650 нТ обусловлена наведенными токами. С учетом того, что датчик расположен на расстоянии 1 м от газопровода, определяем пиковое значение наведенных токов в 3,2 А. Поскольку известны максимальные магнитные бури, превосходящие наблюдаемую в несколько раз, и использованный в эксперименте газопровод имеет в ~ 2 раза меньший диаметр, чем магистральный, и расположен не по магнитному меридиану (~ 45°), то ток, наводимый в газопроводе может достигать десятков ампер, что соответствует измерениям, проводимым в Канаде [2] на более высоких геомагнитных широтах, на трубопроводах, располагаемых над земной поверхностью, а также приведенным данным в обзорной работе [3]. Таким образом, токи, наведенные на газопроводе при магнитных возмущениях, имеют тот же порядок величины, что и измеренные нами при ближних грозовых разрядах (в полосе до 10 км от трубопровода, но без учета попаданий непосредственно в трубопровод) [1].
Однако токи, наводимые в трубопроводах при геомагнитных возмущениях, длятся значительное время - до нескольких дней. В то время как токи от грозовых разрядов имеют импульсный характер и длятся до 1 миллисекунды.
Данная работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 03-02-96060-р2003 арктика-аи грантаур.02.01.025 конкурса «Университеты России».
Наука и образование, № 1(41), 2006
СОЛОВЬЕВ, КОЗЛОВ
21.11.05 22.11.05 21.11.05 22.11.05
Рис. 2. Динамические спектры вариации 2-составляющей магнитного поля, измеренные магнитным датчиком на газопроводе (слева) и вдали от газопровода (600 м) (справа) в период магнитного возмущения 21.01105. По оси абсцисс приведено мировое время (иТ)
Литература
1. Козлов В.И., Муллаяров В.А., Васильев А.Е. и др. Грозы в Якутии и их влияние на магистральные трубопроводы // Наука и образование. 2005. № 1. Т. 37. С. 61-66.
2. http://www.spaceweather.gc.ca/pipeline_e.shtml
3. John G. Kappenman. Storm sudden commencement events and the associated geomagnetically induced current risks to ground-based systems at low-latitude and midlatitude locations // SPACE WEATHER, 2003. VOL. 1, NO. 3, P.1016-1032.
УДК 551.5(571.56)
Пространственно-временная динамика облачности в Якутии
B.C. Соловьев, В.И. Козлов
По данным наблюдений со спутников NOAA проанализирована пространственно-временная динамика облачности над территорией северо-востока Азии (65°-175° в. д. и35°-80°с. ш.)запериодс 1997-2004 гг. Показано, чтонафазе максимума 11-летнего цикла солнечной активности (23-й цикл) наблюдается тенденция смещения облачности с севера и юга к центральной зоне 56-66° с. ш. Этот эффект может быть обусловлен широтным смещением на фазе максимума солнечной активности траекторий атлантических циклонов, определяющих погоду от европейского региона до 140-го меридиана в Северной Азии. Таким образом, облачность в Якутии, помимо локальных факторов, обусловлена также и влиянием солнечно-земных связей.
The spatial-temporal dynamics of cloudiness for last eight years in latitudinal range 35-80 degrees of the northern latitude are analyzed on data of the radiometer AVHRR/NOAA. It was shown that, on a phase of a maximum of an 11-years cycle of solar activity (23rd cycle) the tendency of displacement of cloudiness from southern and northern zones into a central zone (56-66 degrees of the northern latitude) is observed. This effect may be explained by latitudinal displacement of trajectories of the Atlantic cyclones on a phase of a maximum ofsolar activity. The Atlantic cyclones determine weather from Europe up to 140-го a meridian in northern Asia. Thus, besides local factors, the solar-terrestrial connections influence on cloudiness in Yakutia also.
Введение
Известно, что степень и характер изменения циркуляции атмосферы связаны с уровнем солнеч-
СОЛОВЬЕВ Владимир Степанович, зав. лаб. ИКФИА СО РАН, к.ф.-м.н;
КОЗЛОВ Владимир Ильич, с.н.с. ИКФИА СО РАН, к.ф.-м.н.
ной активности и связанные вариации облачности наблюдаются как в ходе 11-летнего цикла солнечной активности, так и на более коротких интервалах времени [1, 2].
Изменение типа циркуляции, по-видимому, связано с перестройкой барического поля в высоких и средних широтах. Многие авторы отмечают
Наука и образование, № 1(41), 2006
