Исследование теплопроводности природных карбонатов

  • Павел Аркадьевич Попов ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И. Г. Петровского», ул. Бежицкая, 14, 241036 Брянск, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7555-1390
  • Алена Андреевна Зенцова ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И. Г. Петровского», ул. Бежицкая, 14, 241036 Брянск, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9793-7099
  • Иван Александрович Новиков Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-4898-4662
  • Валерий Вениаминович Воронов Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5029-8560
  • Елена Владимировна Чернова Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7401-5019
  • Павел Павлович Федоров Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-2918-3926
Ключевые слова: минералы, мрамор, кальцит, доломит, известняк, сидерит, теплопроводность, фонон-дефектное рассеяние, температурная зависимость

Аннотация

Абсолютным стационарным методом продольного теплового потока в интервале температур 50–300 К и динамическим методом в интервале 323–573 К измерена теплопроводность природных монолитов кальцитовых, доломитовых мраморов и известняков из различных месторождений. В большинстве своем кальцитовые мраморы по теплопроводности уступают доломитовым. При комнатной температуре значения коэффициента теплопроводности всех исследованных образцов ниже k = 5 Вт/(м·К).

Проведено сравнение полученных данных с литературными. Разнообразие экспериментальных данных разных авторов по теплопроводности карбонатов связано с качественными различиями исследованных образцов

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Павел Аркадьевич Попов, ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И. Г. Петровского», ул. Бежицкая, 14, 241036 Брянск, Российская Федерация

д. ф.- м. н., профессор, Брянский государственный университет им. И. Г.
Петровского (Брянск, Российская Федерация)

Алена Андреевна Зенцова, ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И. Г. Петровского», ул. Бежицкая, 14, 241036 Брянск, Российская Федерация

студентка, Брянский государственный университет им. И. Г. Петровского (Брянск, Российская Федерация)

Иван Александрович Новиков, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация

н. с., Институт общей физики им А. М. Прохорова Российской
академии наук (Москва, Российская Федерация)

Валерий Вениаминович Воронов, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация

к. ф.-м. н., в. н. с., Институт общей физики им А. М. Прохорова
Российской академии наук (Москва, Российская Федерация)

Елена Владимировна Чернова, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация

м. н. с., Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской
академии наук (Москва, Российская Федерация)

Павел Павлович Федоров, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук ул. Вавилова, 38, 119991 Москва, Российская Федерация

д. х. н., профессор, гл. н. с., Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук (Москва, Российская Федерация)

Литература

Birch F., Clark H. The thermal conductivity of rocks and its dependence upon temperature and composition. American Journal of Science. 1940;238(8): 529–558. https://doi.org/10.2475/ajs.238.8.529

Clark H. The effects of simple compression and wetting on the thermal conductivity of rocks. American Geophysical Union Transactions. 1941;22: 543–544. https://doi.org/10.1029/TR022i002p00543

Zierfuss H., Vliet van der G. Measurement of heat conductivity of sedimentary rocks. American Association of Petroleum Geologists Bulletin. 1956;40: 2475–2488. https://doi.org/10.1306/5CEAE5A4-16BB-11D7-8645000102C1865D

Zierfuss H. Heat conductivity of some carbonate rocks and clayey sandstones. American Association of Petroleum Geologists Bulletin. 1969;53: 251–260. https://doi.org/10.1306/5D25C607-16C1-11D7-8645000102C1865D

Meincke W. , Hurtig E. , and Weiner J. Temperatumerteilung, Warmeleitfahigkeit und Warmefluss in Thuringer Becken. Geophysik und Geologic. 1967;(11): 40–71.

Ki-iti Horai. Thermal conductivity of rockforming minerals. Journal of Geophysical Research. 1971;76(5): 1278–1308. https://doi.org/10.1029/jb076i005p01278

Beck A. E., Anglin F. M., Sass, J. H. Analysis of heat f low data-in situ thermal conductivity measurements. Canadian Journal of Earth Sciences. 1971;8: 1–19. https://doi.org/10.1139/e71-001

Thomas J., Jr. Frost R. R., Harvey R. D. Thermal conductivity of carbonate rocks Engineering Geology. 1973;7(4): 3–12. https://doi.org/10.1016/0013-7952(73)90003-3

Robertson E. C. Thermal properties of rocks. Open-File Report. 1988; 88–441. Reston, Virginia. https://doi.org/10.3133/ofr88441

Shin K., Kinoshita N., Okuno T. Mechanical, thermal properties and permeability of rocks under high temperature. Journals Free Access. 1988;29(3):242–253. https://doi.org/10.5110/jjseg.29.242

Garcı´a E., de Pablos A., Bengoechea M. A., Guaita L., Osendi M. I., Miranzo P. Thermal conductivity studies on ceramic floor tiles. Ceramics International. 2011;37(1): 369–375. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.09.023

Clauser C., Huenges E. Thermal Conductivity of Rocks and Minerals. In: Rock Physics and Phase Relations: a Handbook of Physical Constants. Ed.Ahrens T. J. 1995;3: 105–126 (print). American Geophysical Union, 2013 (on line). https://doi.org/10.1029/rf003p0105

Emirov S. N., Ibragimov A. I., Ramazanova E. N. Thermal properties of sedimentary rocks in the conditions of their natural occurrence. Scientific and methodological electronic journal concept. 2013;13: 1096–1100. (In Russ., abstact in Eng.). Available at:https://e-koncept.ru/2013/53222.htm

Merriman J. D., Hofmeister A. M., Roy D. J., Whittington A. G. Temperature-dependent thermal transport properties of carbonate minerals and rocks. Geosphere. 2018;14(4): 1961–1987. https://doi.org/10.1130/GES01581.1

Semenov V. P., Zheleznyak M. N., Kirillin A. R., Zhizhin V. I. Thermal conductivity of sedimentary rocks in the eno-Viluy oil-and-gas bearing province. Earth’s Cryosphere. 2018;22(5): 30–38. (In Russ., abstact in Eng.). https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2018-5(30-38)

Lindawati L., Yuliza N. F., Irwansyah I. Thermal Conductivity of Some Marble Stones Available in South Aceh District. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020;854: 012064. https://doi.org/10.1088/1757-899x/854/1/012064

Momenzadeh L., Moghtaderi B., Liu X., Sloan S. W., Belova I. V., Murch G. E. The thermal conductivity of magnesite. Dolomite and calcite as determined by molecular dynamics simulation. Diffusion Foundations. 2018;19: 18–34. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DF.19.18

Popov P. A., Dukel’skiǐ K. V., Mironov I. A., Smirnov A. N., Smolyanskii P. L., Fedorov P. P., Osiko V. V. Basiev T. T. Thermal conductivity of CaF2 optical ceramic. Doklady Physics. 2007; 52(1): 7–9. https://doi.org/10.1134/s1028335807010028

Popov P. A., Fedorov P. P., Kuznetsov S. V. Thermal conductivity of FeS2 pyrite crystals in the temperature range 50–300 K. Crystallography Reports.2013; 58(2): 319–321. https://doi.org/10.1134/s1063774513020223

Fedorov P. P., Maslov V. А., Voronov V. V., Chernova E. V., Yarotskaya E. G., Gaynutdinov R. V., Popov P. A. Flintstone as nanocomposite material. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2018;9(5): 603–608. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2018-9-5-603-608

Popov P. A., Kuznetsov S. V., Krugovykh A. A., Mitroshenkov N. V., Balabanov, S. S., Fedorov P. P. Study of the thermal conductivity of PbS, CuFeS2, ZnS. Condensed Matter and Interphases. 2020;22(1): 97–105. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2533

Fedorov P. P., Novikov I. A., Voronov V. V., Bad’yanova L. V., Kuznetsov S. V., Chernova E. V. Transformation of siderite in the zone of hypergenesis. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2022;13(5): 539–545. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-5-539-545

Popov P. A., Sidorov А. А., Kul’chenkov Е. А., Аnishchenko А. М., Аvetissov I. Ch., Sorokin N. I., Fedorov P. P. Thermal conductivity and expansion of PbF2 single crystal. Ionics. 2017;23(1): 233–239. https://doi.org/10.1007/s11581-016-1802-2

Goldsmith J. R., Heard H. C. Subsolidus phase relations in the system CaCO3–MgCO3. Journal of Geology. 1961; 69(1): 45–74. https://doi.org/10.1086/626715

Vinn O. Calcite in skeletons of annelids. In: Calcite: formation, properties and applications. NOVA Science Publ.; 2012. p. 245.

Oskotsky V. S., Smirnov I. A. Defects in crystals and thermal conductivity. Moscow: Nauka Publ.; 1972. 159 p. (In Russ.)

Ziman J. M. Electrons and phonons. The theory of transport phenomena in solids. Clarendon Press; 1960. 554 p.

Thermal conductivity of solids: Handbook. Ed.: A. S. Okhotina. Moscow: Energoatomizdat Publ.; 1984. 320 p.

Klemens P. G. The thermal conductivity of dielectric solids at low temperatures (Theoretical). Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1951;208(1092): 108–133. https://doi.org/10.1098/rspa.1951.0147

Berman R. Thermal conduction in Solids Oxford: Clarendon; 1976. 193 p.

Popov P. A., Fedorov P. P. Thermal conductivity of fluoride optical materials. Bryansk: Group of companies “Desyatochka” Publ.; 2012. 210 p. (In Russ.)

Опубликован
2024-01-31
Как цитировать
Попов, П. А., Зенцова, А. А., Новиков, И. А., Воронов, В. В., Чернова, Е. В., & Федоров, П. П. (2024). Исследование теплопроводности природных карбонатов. Конденсированные среды и межфазные границы, 26(1), 127-134. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11816
Раздел
Оригинальные статьи