- •Методические указания
- •(Раздел – «Физика вод суши»)
- •Общие указания
- •Указания по разделам Введение
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Молекулярная физика воды в трех ее агрегатных состояниях
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Основные физические свойства воды, водяного пара, льда, снега
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Основные положения теплообмена
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Стационарное температурное поле
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Нестационарное температурное поле
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Гидротермический расчет водоемов и водотоков
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Движение вод суши
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Ледотехнический расчет водоемов и водотоков
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Испарение с поверхности воды, снега, льда и почвы
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Вода в почвогрунтах и снежном покрове
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Акустические, оптические и электромагнитные явления в воде
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольная работа Общие указания
- •Исходные данные
- •Характеристики водохранилища
- •Метеорологические данные (среднедекадные значения): температура воздуха , парциальное давление водяного пара , скорость ветра , общая облачность
- •Характеристики слоя свежевыпавшего снега: толщина , плотность
- •Начальная температура воды
- •Задача 1 Расчет температуры в снеголедяном покрове водоема
- •Исходные данные:
- •Пояснения к задаче
- •Расчет распределения температуры воды по глубине подо льдом слабопроточного водохранилища
- •Исходные данные
- •Пояснения к задаче
- •Расчет температуры воды по длине водотока
- •Исходные данные:
- •Пояснения к задаче
- •Расчет нарастания толщины льда
- •Исходные данные:
- •Пояснения к задаче
- •Общие указания к выполнению курсового проекта
- •Тема 1. Ветровое волнение на водоеме и методика расчета
- •Литература
- •Тема 2. Испарение с водной поверхности водоема по данным наблюдений и расчета
- •Литература
- •Тема 3. Определение шугопродуцирующей площади полыньи
- •Литература
- •Исходные данные
- •Тема 4. Зимний термический и ледовый режимы водоема (водотока)
- •Литература
- •Расчет средней температуры воды водоема за безледоставный период (тема 5)
- •Литература
- •Расчет изменения температуры воды в водоеме по глубине (тема 6)
- •Литература
- •Содержание
Задача 1 Расчет температуры в снеголедяном покрове водоема
Водоем покрыт трехслойной снеголедяной толщей, состоящей из слоя свежевыпавшего снега, уплотненного снега и льда (рис. 1). Допуская, что в первой декаде января наблюдается стационарный метеорологический режим, необходимо: 1) вычислить плотность теплового потока q через снеголедяную толщу; 2) рассчитать значения температуры на границах раздела слоев , , ; 3) построить график распределения температуры ; 4) подсчитать теплосодержание снеголедяной толщи площадью 1 м2.
Рис.1. Схема снеголедяной толщи и кривая зависимости t = f (z).
Исходные данные:
1) мощность слоя свежевыпавшего снега , мощность слоя уплотненного снега = 0,05 м, толщина льда = 0,20 м;
2) плотность соответствующих слоев снега: и = 500 кг/м3;
3) метеорологические данные: среднедекадные значения температуры воздуха и скорости ветра на высоте 2 м в первой декаде января;
4) скорость течения воды в водохранилище подо льдом = 0,1 м/с.
Пояснения к задаче
Для нахождения плотности теплового потока необходимо использовать формулу (3.43) [1, с. 91]. Поскольку в задаче передача теплоты от воды к воздуху происходит не через один слой, а через трехслойную толщу, в знаменатель указанной формулы следует вместо подставить величину , где и – соответственно толщины и коэффициенты теплопроводности отдельных слоев, i – номер слоя. Формула (3.43) предназначена для расчета плотности теплового потока через стенку, материал которой не меняет свое агрегатное состояние. В нашей же задаче стенка состоит из льда – материала, меняющего свое агрегатное состояние. В связи с этим вся теплота, приходящая от воды ко льду, будет расходоваться на таяние его и за границу раздела (в толщу) не пройдет. Поэтому в формуле (3.43) слагаемое следует исключить.
Поскольку коэффициент теплопроводности снега зависит от его плотности, то значения и необходимо вычислить по формулам (2.61) и (2.62) [1, с. 61]. Значения коэффициента теплопроводности льда приведено в работе [1, с. 46]. Коэффициенты теплоотдачи от поверхности снега к воздуху рассчитываются по формуле (3.20) [1, с. 79]. Удельную теплоемкость снега и льда необходимо определить по формуле (2.43) [1, с. 46, 61], а плотность льда при n = 0 по формуле (2.37) [1, с. 44].
При расчете температур на границах раздела слоев следует иметь в виду, что при стационарном температурном режиме тепловые потоки через каждый из слоев равны между собой и равны вычисленному значению q, т.е. Кроме того, необходимо учесть, что температура на границе раздела вода – лед равна 0 С. Записывая плотность теплового потока через слой льда в соответствии с законом Фурье, можно рассчитать температуру . Далее, рассматривая плотность теплового потока через слой уплотненного снега, рассчитывается температура . Аналогичным образом находится температура на поверхности снега (см. [1, с. 110 – 112]). По результатам расчета температуры строится график ее распределения по толщине снеголедяного покрова.
Задача 2