Расчет тепловых потоков через поверхность и дно водоема

Определение суммы тепловых потоков, проходящих через поверхность водоема. Исследование составляющих теплового баланса и методов их расчета для открытых водоемов. Вычисление интенсивности солнечной радиации при безоблачном небе. Конвективный теплообмен.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид лекция
Язык русский
Дата добавления 27.08.2013
Размер файла 26,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ ЧЕРЕЗ ПОВЕРХНОСТЬ И ДНО ВОДОЕМА

Сумма тепловых потоков, проходящих через поверхности водоема и определяющих его тепловой баланс, может быть представлена в следующем виде:

(4.1)

где QR -- количество теплоты, определяемое радиационным балансом водной поверхности; Qк -- количество теплоты, обусловленное конвективным теплообменом между водной поверхностью и воздушной средой над водоемом; Qи -- количество теплоты (теплоотдача), определяемое испарением воды с поверхности водоема (или количество теплоты, приходящее при конденсации пара); ДQпр -- количество теплоты, приносимое водами притоков или промышленными водами; Qд -- количество теплоты, обусловленное теплообменом между водой и дном; ДQгр -- количество теплоты, приносимое грунтовыми водами; ДQос -- теплота, поступающая в водоем с осадками.

Другие элементы теплового баланса в уравнении (4.1) за их малостью не рассматриваются. Например, для рассматриваемых водоемов не учитывается теплота перехода механической энергии движения воды в тепловую энергию, теплота биохимических процессов и ряд других несущественных составляющих теплового баланса, значения которых лежат в пределах точности расчетов. В уравнении (4.1) величина QR всегда по знаку положительная, а остальные элементы могут иметь разные знаки.

Дифференциальное уравнение (в лекционном курсе (5.19)) позволяет

определить ход во времени средней по глубине температуры воды при заданных значениях составляющих правой части уравнения. Рассмотрим составляющие теплового баланса и методы их расчета для открытых водоемов. Все составляющие измеряются в ваттах на квадратный метр.

Радиационный баланс

Количество теплоты, равное поглощенной водой солнечной радиации за вычетом эффективного излучения определяется по формуле (в лекционном курсе (3.21в)):

QR = (1 - A) (Qп.р + qр.р) - Iэф.(4.2)

Правая часть равенства (4.2) включает в себя суммарную солнечную радиацию Qп.р + qр.р при наличии облачности, падающую на водную поверхность, и эффективное излучение воды Iэф. Суммарная солнечная радиация состоит из прямой (Qп.р) и рассеянной (qр.р) радиации. Интенсивность ее меняется с высотой Солнца, высотой местности над уровнем моря, а также зависит от прозрачности атмосферы, облачности и других факторов. При отсутствии данных актинометрических наблюдений суммарная солнечная радиация может быть рассчитана по формулам в зависимости от интенсивности солнечной радиации при безоблачном небе (Qп.р + qр.р)0. Интенсивность солнечной радиации при безоблачном небе для любой точки земного шара и любого часа года оценивается по формулам (например, по формуле М.Е.Берлянда) и таблицам [36].

Поступившая к поверхности воды солнечная радиация только частично ею поглощается, другая часть отражается водной поверхностью. Отраженная радиация зависит от альбедо этой поверхности A (в лекционном курсе Лекция №4-5). При большой высоте Солнца альбедо имеет минимальное значение, при приближении же Солнца к горизонту оно увеличивается в несколько раз. Значения альбедо водной поверхности можно найти в таблице [36], составленной для различных широт земного шара.

Поверхность воды излучает теплоту в окружающее ее пространство. В свою очередь, от атмосферы приходит встречный поток излучения к воде, основную роль в котором играет водяной пар. Разность теплоты этих потоков является эффективным излучением водной поверхности. Эффективное излучение при безоблачном небе может быть оценено по таблице [36].

Из большого числа формул, принятых для расчета радиационного баланса, рассмотрим только те, которые приводятся в рекомендациях [36]:

формула А.П.Браславского и З.А.Викулиной

(4.3)

формула М.И.Будыко

(4.4)

В этих формулах (Qп.р + qр.р)0 -- суммарная солнечная радиация при безоблачном небе на уровне моря; А -- альбедо поверхности воды в относительных единицах; kе, kz, kн, kв+с, k, c -- коэффициенты, зависящие от влажности воздуха, высоты местности над уровнем моря, облачности нижнего и совместно верхнего и среднего ярусов, географической широты и других факторов; п0, пн -- облачность общая и нижняя в долях единицы; г -- доля радиации, повторно рассеянной облаками по направлению к поверхности воды; у -- постоянная Стефана--Больцмана; Тп и Ти -- абсолютная температура поверхности воды и воздуха на высоте 2 м; b1 и b2 -- величины, зависящие от влажности воздуха и облачности.

Конвективный теплообмен. Теплоотдача испарением

Рекомендации по расчету количества теплоты, определяемой конвективным теплообменом (Qк) и испарением (Qи) здесь рассматривать не будем, так как они приведены в лекционном курсе (Лекция №4-5) при рассмотрении основных закономерностей температурного поля.

Количество теплоты, приносимое водами притоков или промышленными водами, отнесенное к единице его поверхности, определяется по формуле

ДQпр = [(cсQв)/Щ] Дt,(4.5)

где Qв -- средний за период расчета расход воды притока; Щ -- площадь водной поверхности водоема; Дt = tпр - tв -- разность между температурой воды приток а и водоема.

водоем тепловой радиация конвективный

Теплообмен с дном

Теплообмен между водой и грунтом дна оценивается в зависимости от типа водоема. В том случае, когда водоем мелкий (неглубокий) оценка количества теплоты, проходящей через дно, осуществляется по закону Фурье (формула (3.9) в лекционном курсе Лекция №4-5):

(4.6)

В глубоком водоеме градиент температуры принимается равным нулю, а в очень глубоком - температура предполагается постоянной у дна, т. е. и

Поэтому в таких водоемах теплообмен с дном равен нулю.

Для определения теплообмена с дном по формуле (4.6) необходимы данные о ходе придонной температуры воды или о ходе температуры грунта, слагающего дно.

Эти сведения получить весьма трудно: необходимо выполнить натурные измерения либо задать ход температуры со стороны воды или со стороны грунта. Оба пути неприемлемы в случае вычисления температуры воды водоема или расчета его теплового баланса.

Поэтому рекомендуется пользоваться готовой таблицей [36] для определения средних значений потоков теплоты через дно водоема, составленной для различных широт территории бывшего СССР и различных месяцев года. Количество теплоты, приносимое грунтовыми водами, обусловливающее изменение энтальпии водоема, отнесенное к единице его поверхности, определяется по формуле

ДQгр = [(cсQгр)/Щ] Дt,(4.7)

где Qгр -- средний за период расчета расход грунтовой воды; Дt = tгр - tв -- разница между температурой грунтовой воды и водоема.

Приход теплоты с атмосферными осадками

Количество теплоты, поступающее в водоем с атмосферными осадками, определяется по одной из следующих формул:

для жидких осадков

Qос.ж = cсhжи2,ж ,(4.8)

для твердых осадков

Qос.т = -(cтстhти2,т + Lплстhт + cсhт,жt),(4.9)

где hж и hт -- слой жидких и твердых осадков; и2,ж и и2,т -- температура жидких и твердых осадков, принимаемая равной температуре воздуха на высоте 2 м; cт и ст -- удельная теплоемкость и плотность твердых осадков; hт,ж -- слой жидких осадков, образовавшийся из твердых; t -- температура воды водоема; Lпл -- удельная теплота плавления твердых осадков.

В формуле (4.9) первое слагаемое справа учитывает количество теплоты, необходимое для нагревания твердых осадков от температуры и2,т до 0°С, второе -- количество теплоты, необходимое для расплавления твердых осадков, третье -- количество теплоты, необходимое для нагревания жидких осадков, полученных от таяния твердых, от температуры 0°С до температуры водоема t.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Термический режим водоема и климатические особенности региона. Изрезанность берегов Онежского озера. Приходная часть водного баланса озера. Глубины, рельеф дна и грунт. Среднее годовое число пасмурных дней. Основные методы решения тепловых задач.

    курсовая работа [273,4 K], добавлен 28.09.2014

  • Оценка водного баланса и элементов увлажнения бассейна р. Камышловки. Очистка водоемов землесосными снарядами. Сооружения искусственной аэрации воды. Гидромеханизация земляных работ. Теплоэнергетические ресурсы климата. Подземные водоносные горизонты.

    дипломная работа [2,7 M], добавлен 03.04.2013

  • Анализ месторождения и его тектонического строения. Рассмотрение тепловых методов повышения нефтеотдачи пласта. Анализ схемы процесса, закачки рабочих агентов и сбора продукции. Расчет расхода воды и песка, потребляемого для гидропескоструйной перфорации.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 06.04.2019

  • История геологической изученности и разработки месторождения. Стратиграфия, тектоника, нефтегазоносность, водоносность. Методы увеличения производительности скважин. Обзор тепловых методов повышения нефтеотдачи пластов. Разбуривание опытного участка.

    дипломная работа [199,5 K], добавлен 22.04.2015

  • Характеристики речного бассейна р. Мура, ее гидрологический режим. Определение испарения с поверхности воды и суши: с малого водоема при отсутствии данных, с суши с помощью карты изолиний испарения и по уравнению связи водного и теплового балансов.

    контрольная работа [103,0 K], добавлен 12.09.2009

  • Сущность энергетического метода анализа эффективности работы комплексной механизации технологических потоков при проектировании и реконструкции карьера. Расчет технологического и удельного энергопоглощения в конкретных горно-геологических условиях.

    лабораторная работа [23,9 K], добавлен 27.08.2013

  • Определение географического положения и особенностей топонимики озера Мядель. Исследование водосбора озера Мядель и его морфологических характеристик. Гидрохимические и гидрологические показатели, температуры, растительность и биоразнообразие водоема.

    реферат [2,6 M], добавлен 27.04.2019

  • Типы пород-коллекторов нефти, газа и воды, их разнообразие по минералогическому составу, геометрии пустотного пространства и генезису. Типы нефтяных залежей. Пористость, проницаемость и удельная поверхность горных пород, лабораторные методы их измерения.

    курсовая работа [463,4 K], добавлен 20.03.2013

  • Значение подземных вод в природе, особенности их охраны. Общие понятия выходов подземных вод на земную поверхность и их классификация. Способы использования подземных вод для нужд народного хозяйства. Питьевые, минеральные, промышленные и термальные воды.

    реферат [733,6 K], добавлен 30.03.2016

  • Приборы для измерение расхода открытых потоков. Интеграционные измерения с движущегося судна. Измерение расходов воды с использованием физических эффектов. Градуирование вертушек в полевых условиях. Измерение расхода воды гидрометрической вертушкой.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 16.09.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.