10.5. Задание

На основании данных, приведенных в таблице 10.11,по вариантам, провести пересчет и записать результат в виде формулы Курлова, дать название воды, дать ее классификацию по всем параметрам и ее пригодность для питьевого и хозяйственного водоснабжения.

Тема 11. Теплофизические параметры воды

11.1.Общие определения и понятия

Вода уникальная жидкость. У воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ.

Температура плавления0 °C Температура кипения99,974 °C

Тройная точка0,01 °C, 611,73 Па Критическая точка374 °C, 22,064 МПа

Молярная теплоёмкость (ст. усл.) 75,37 Дж/(моль·К) Теплопроводность (ст. усл.) 0,56 Вт/(м·K)

Температура °С	Удельная теплоёмкость воды кДж/(кг*К)
-60 (лёд)	1,64
-20 (лёд)	2,01
-10 (лёд)	2,22
0 (лёд)	2,11
0 (чистая вода)	4,218
10	4,192
20	4,182
40	4,178
60	4,184
80	4,196
100	4,216

Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Однако удельная теплоёмкость воды, в отличие от других веществ непостоянна: при нагреве от 0 до 35 градусов Цельсия её удельная теплоёмкость падает, в то время как у других веществ она постоянна при изменении температуры. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (при 0 °C 333,55 кДж/кг) и парообразования (2250 кДж/кг).

Теплофизические параметры речных вод формируются за счет поступления солнечного излучения, энергии механического движения вод, теплового обмена речных вод с атмосферой и породами ложа реки.

Механическая энергия реки.

Энергия реки на участке протяженностью Lкм(1000м), при падении(уклоне)реки H(м),при расходе Q(м³\сек) равна N=1000QHкг м\сек

или в ваттах N=1000QH\102 =9.81QH кВт. 1квт=102кг м\сек

Удельная километровая мощность реки N_уд = N\L где L длина реки

Полная мощность реки ∑N_полн. =∑9.81 QH

Удельная мощность бассейна реки N_бас. =∑N_полн \F где- F площадь бассейна

Образование льда. На замерзание 1см³ расходуется 80кал.

Скорость нарастания льда

Δh =kτ Δt\80 hγ (см ) 11.1

где Δh прирост льда в см, Δt –период времени роста, τ –температура поверхности льда γ-объемный вес льда, к- коэффициент теплопроводности льда. интегрируя уравнение 11.1 получаем:

h=√ h ₀² +2 kτ t\80 γ см 11.2.

при начальной толщине льда нулевой h₀=0

h=√ 2 kτ t\80 γ см 11.3

h=11 √ ∑θ⁰ где ∑θ⁰ сумма отрицательных средних суточных температур воздуха за период льдообразования.

Суммарная солнечная радиация , (Вт/м²) падающая на горизонтальную поверхность на уровне моря при альбедо, равном нулю, в зависимости от широты местности Северо- Запада РФ. Новгородская область расположена между 57 и 59 градусом северной широты.

Таблица 11.1

Градусы	Месяца года
северной широты	1	11	111	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	Х1	XII
54	45,	92	162	243	305	333	316	263	188	115	115	37
56	36	84	152	237	301	333	314	258	180	106	106	29
58	27	73	143	230	299	333	313	254	172	97	97	22
60	19	64	134	222	297	333	313	249	164	87	87	15

С притоком воды запас тепла всегда возрастает независимо от того, теплее или холоднее вода притока, а при стоке уменьшается.

11.2. Расчет изменения запаса тепла в непроточном водоеме.

Требуется определить среднюю интенсивность изменения запаса тепла в водоеме за май и декабрь и накопление (или рас­ходование) тепла в нем за эти месяцы. Данные брать по вариантам из таблицы 1

Средние за май и декабрь значения тепловых потоков, в Вт/м^{2 )}

1) S_р -поглощенная водой солнеч­ная радиация (S_р 5(май) и S_р (дек.)

2) S_к -турбулентный теплообмен с атмосферой (S_к 5 и S _к 12)

3) S _эф -эффективное излучение (S _эф 5 и S _эф 12);

4) S _и -тепло, затраченное на испарение, ( S _и 5 и S _и 12 );

5) S _дн -теплообмен с грунтом дна (S _дн, 5 и S _дн 12 .

Значения остальных составляющих уравнения для рассматриваемых периодов близки к нулю.

Пример решения варианта №.1..

Средние значения интенсивности изменения за­паса тепла и мае и декабре определим с помощью уравнения

S₅ = 252 + 22 —50 —70 + 6=160 Вт/м ²

S₁₂ = 43 — 100 - 58 - 7, 2 - 3 = -125,2 Вт/м².

Таким образом, в мае тепло в водоеме накапливалось, а в де­кабре— расходовалось. В расчете на единицу площади водоема накопление тепла в мае составило

ΔS₅ = 160 х31 х 86 400 = 429 х 10⁶ Дж/м²,

а расходование тепла в декабре —

Δ S₁₂ = -125,2 х31 х86 400 = -335х10⁶ Дж/м²,

где 31 —число суток в месяце, 86 400 — число секунд за сутки..

Таблица 2

Номер варианта	Sр 5(май)	Sр (дек.)	Sк 5(май)	Sк 12(дек.)	S эф 5(май)	S эф 12(дек.)	S и 5(май)	S и 12(дек.)	S дн 5(май)	S дн 12(дек.)
1	252	43	-22	100	50	58	70	7,2	+6	—3
2	192	36	-19	82	46	52	68	6	+2	-5
3	305	37	-10	75	48	54	72	8	+8	-4
4	301	29	-9	65	55	58	78	9	+5	-2
5	299	22	-16	85	39	47	62	7	+4	-3
6	297	17	-15	89	47	56	71	5	+5	-4
7	280	56	-24	110	57	61	75	7	+7	-2
8	225	37	-8	90	45	53	65	6	+5	-3