Изменение результирующей теплового баланса и температуры воды на участке реки
Географические факторы формирования термического состояния и режима рек
Физические закономерности изменения температуры воды по глубине, ширине и длине рек
Эпюры вертикального распределения температуры воды
Особенности вертикального распределения температуры воды по глубине реки на локальных участках
Анализ фактических данных
Закономерности изменения температуры воды по ширине водных потоков
Натурные данные
Анализ результатов натурных исследований
Аналитические результаты
Особенности продольного распределения температуры воды в реках
Изменение температуры воды по длине реки
Навигация
Физические закономерности изменения температуры воды по глубине, ширине и длине рек
Особенности термического режима рек
139337
знаков
24
таблицы
25
изображений
3. Физические закономерности изменения температуры воды по глубине, ширине и длине рек
Факторы локального изменения температуры воды в поперечном сечении русла, на отдельной скоростной вертикали и в точке потока сводятся к процессам, влияющим на поступление, поглощение и перераспределение поглощенного тепла в водной массе, на изменение ее теплосодержания. К числу этих процессов относятся адвекция тепла с вышележащих участков реки, его дисперсия, вызванная наличием поперечного градиента температуры воды, и конвекция, обусловливающая вертикальное перемешивание водной массы (Алексеевский, 2006).
3.1 Уравнение теплопроводности
В общем случае к элементарному объему воды V поступают тепловые потоки Qi через все грани и вдоль каждой координатной оси (рис. 3.1). Потоки тепла через грани Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 соответственно равны адвекции тепла с вышележащих участков реки и его выносу ниже по течению, поступлению тепла в результате дисперсии, его удаление в объеме поперечного переноса речной воды, удаление и поступление тепла в результате процесса конвективного теплопереноса. Перераспределение тепла по всем направлениям в пределах объема dV также связано с процессами турбулентного перемешивания и физической теплопроводности. В общем случае Q1
Q2, Q3Q4, Q5Q6. Это приводит к изменению теплосодержания в этом объеме воды и ее температуры.
Рис. 3.1 Схема к поступлению и удалению тепла на гранях элементарного объема воды
Изменение потоков тепла вследствие физической (молекулярной) теплопроводности учитывается уравнением (Караушев, 1969)
(3.1)
где 
- тепловой поток по i-му координатному направлению, обусловленный физической теплопроводностью, V – объем воды, 
– интервал времени. В соответствии с законом Фурье поток теплоты 
(Вт/м2), обусловленный этим механизмом теплопередачи, пропорционален градиенту температуры по направлению i и коэффициенту физической теплопроводности 
(Вт/м2 ×0С):
. (3.2)
Замена 
в уравнении (3.1) соотношением (3.2) приводит к выражению:
. (3.3)
Считая, что температурное поле изотропно (т.е. 
) получаем:
. (3.4)
Поскольку сумма изменений частных потоков тождественно равна изменению теплосодержания (в соответствии с уравнение (2.1)), то
, (3.5)
где С – удельная теплоемкость, ρ – плотность воды. Раскрытие полной производной dq/dt преобразует уравнение (3.5) к уравнению теплопроводности (уравнению Фурье-Кирхгофа)
, (3.6)
где v, u, w – продольная, поперечная и вертикальная компоненты скорости соответственно. Члены, связанные с ними учитывают вклад процессов адвекции, дисперсии и конвекции в изменение температуры воды. Отношение 
называется коэффициентом температуропроводности (м2/с).
В водных потоках изменение теплового состояния в основном зависит от турбулентного теплопереноса. Суммарный эффект влияния физической теплопроводности и турбулентного теплопереноса с учетом осреднения всех членов уравнения (3.6) дает (Алексеевский, 2006):
, (3.7)
где 
– температура; 
, 
, 
, – осредненные, а 
,
– пульсационные продольная, поперечная и вертикальная компоненты скорости течения. Условия переноса тепла в турбулентных потоках характеризует коэффициент турбулентной температуропроводности 
Он интегрально учитывает роль конвективной, адвективной, дисперсионной, а также турбулентной теплопередачи в суммарном изменении температуры объема воды. Роль физической теплопроводности несущественна по сравнению с турбулентным теплопереносом, поэтому уравнение (3.7) трансформируется к виду (Алексеевский, 2006):
, (3.8)
в котором использовано условие изотропности температурного поля (
). Более точным является выражение:
(3.9)
Похожие работы
... в предсказании краткосрочных процессов (на 10-15 лет), что связано с отсутствием необходимых материалов о состоянии компонентов экосистем и процессах их эволюционных и циклических изменений. 1.4 Экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ 1.4.1 Воздействие ГТС на земельные ресурсы Изменения, вносимые созданием и эксплуатацией ГТС в режим водотока, как и изменения, ...
... и хищниками. Прежде всего, поедаются более крупные, т.е. более заметные, рачки. Иначе говоря, хищничество носит избирательный характер.[7] Глава 3. Ресурсы и охрана озёр 3.1 Природные ресурсы Озера таят в себе огромные богатства. Озера – это запасы пресной воды и рыбы, добыча полезных ископаемых и транспортные перевозки, источники электроэнергии и курорты. Пресноводные озера являются ...
... СТС, 9- уровень подземных вод, 10- направление движения подземных вод, 11- буровые скважины В южных районах криолитозоны (при островном расположении ММП) неконтактирующие подземные воды отделены от подошвы мерзлой зоны водопроницаемыми породами, имеют ненапорный свободный уровень и связаны в единую систему с таликами, разделяющими мерзлые острова (рис.1, Ж). Межмерзлотные и внутримерзлотные ...
... выделяется один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум - после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии. В морском подтипе годовая амплитуда температур равна 5°, в континентальном 10-20°. В умеренном типе годового хода температуры также наблюдается один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии, зимой ...
0 комментариев