2018-02-20
385
|
| Температура | |||||||
| Глубина | в задаче | искомая | ||||||
|
| I | II | III | |||||
| t=t 1+ t 2+ t 3 | ||||||||
| Z м | η = z / h | θи1 | t 1 °С | θи2 | t 2 °С | θи3 | t 3 °С | |
| 0 | 0 | 0,78 | 8,68 | 0,122 | 3,12 | 0,048 | —0,31 | 11,49 |
| 8 | 0,2 | 0,60 | 7,60 | 0,076 | 1,95 | 0,022 | —0,14 | 9,41 |
| 16 | 0,4 | 0,46 | 6,76 | 0,045 | 1,15 | 0,012 | —0,08 | 7,83 |
| 24 | 0,6 | 0,37 | 6,22 | 0,027 | 0,69 | 0,006 | —0,04 | 6,87 |
| 32 | 0,8 | 0,31 | 5,86 | 0,017 | 0,43 | 0,002 | —0,01 | 6,28 |
| 40 | 1 | 0,28 | 5,68 | 0,014 | 0,36 | 0,001 | —0,01 | 6,03 |
В дифференциальное уравнение теплопроводности (5.1), используемое при решении тепловых задач методом суперпозиции, входит коэффициент турбулентной температуропроводности воды a т, зависящий не столько от температуры воды, сколько от перемешивания ее при течениях и ветровом волнении. Следовательно, этот коэффициент переменный по глубине водоема и во времени. В задачах же он принимается постоянным. Это допущение до настоящего времени убедительно не подтверждено данными наблюдений. Поэтому не представляется возможной оценка степени точности расчетов температуры воды этим методом. По-видимому, в некоторых конкретных случаях погрешность, вносимая указанным допущением, может быть значительной.
|
|
|
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ВОДОТОКА
Термический режим водотоков
Развитие тепловых процессов в водотоках обусловлено сочетанием климатических особенностей района расположения водотока, водности реки или канала, гидравлических свойств и морфологических характеристик русла.
Большинство водотоков (в первую очередь рек) турбулентно. Если турбулентность достаточно велика, обусловленное ею перемешивание достаточно для разрушения любой начальной стратификации, связанной с изменением плотности воды при ее охлаждении до температуры от 4°С до 0°С. Теплопроводность воды полностью определяется турбулентностью. Поскольку на водотоках температурная стратификация практически отсутствует, потери тепла с поверхности одинаково охлаждают поток по всей глубине, и температура воды в соответствии с погодными условиями постепенно понижается до точки замерзания (кристаллизации). Градиент температуры вдоль потока пренебрежимо мал.
Водная масса рек и каналов сравнительно быстро реагирует на изменение метеорологических условий, но вследствие тепловой инерции ее температурный ход более сглажен, чем температуры воздуха. Весной температура воды в реке обычно ниже на 2-3°С температуры воздуха, осенью (в октябре) – на 5-10°С выше.
Годовой термический цикл водотоков вследствие интенсивного турбулентного перемешивания и отсутствия конвекции не отличается особой сложностью. В практике принято делить годовой термический цикл водотока на два периода – при отсутствии льда (летний) и при его наличии (зимний).
|
|
|
Зимний термический режим водотоков достаточно разнообразен, что связано с образованием в водной толще внутриводного льда, шуги и движением кромки ледяного покрова.
Пока поверхность потока свободна от льда, температура воды в мелких реках и неглубоких каналах быстрее реагирует на меняющиеся метеорологические условия, чем в глубоких, из-за разницы в глубине. До охлаждения воды до 4°С перемешивание происходит на всю глубину, поскольку холодная поверхностная вода более плотная, чем теплая вода внизу потока. При температуре от 4°С до 0°С перемешивание зависит от турбулентности. По достижению водой температуры 0°С дальнейшее выхолаживание приводит к формированию ледяного покрова или, если вода переохлаждена, внутриводного льда.
Когда ледяной покров сформировался, термический режим водотока характеризуется температурой у поверхности воды постоянной и близкой к температуре замерзания (плавления). Она отличается от нее на 0,1°С или меньше. Ледяной покров действует на реку как теплоизоляционный экран, препятствующий поступлению тепла из атмосферы и выхолаживая путем теплоотдачи к его нижней поверхности любые тепловые стоки, вводимые в поток. Существенное значение приобретают диссипация энергии (переход части механической энергии потока в тепловую) и теплообмен с дном Sд.
Температура воды в водотоке под ледяным покровом (при заданной температуре воды у кромки) практически не зависит от толщины ледяного покрова и от метеорологических условий, но, напротив, толщина льда существенно зависит от обоих факторов (см. Практическое занятие №7).
