11.3 Расчет температуры воды в непроточном водоеме.

Определить среднюю температуру воды в водо­еме в конце месяца при следующих исходных данных

Средние месячные значения тепловых потоков, Вт/м²:

1) Sp -поглощенная водой суммарная солнечная радиа­ция

2) S_к -турбулентный теплообмен с атмосферой

3) S_эф -эффективное излучение ;

4) S_и -тепло, затраченное на испарение;

5) S_дн -теплообмен с грунтом дна .

6) Т_и - средняя тем­пература воды в начале месяца

7) h --средняя глубина водоема .

В месяце 30 сут.

Таблица 3

Номер варианта	Sp Вт/м2	Sк Вт/м2	Sзф Вт/м2	Sи Вт/м2	Sдн Вт/м2	Tп C0	h м
1	270	75	53	137	-15.2	16.1	9
2	305	78	58	143	-14	18	4
3	301	76	52	135	-16	17	5
4	299	72	50	130	-12	15	6
5	297	70	48	129	-11	14	7
6	316	65	43	126	-10	13	8
7	314	68	45	130	-12	15	11
8	313	74	51	138	-15	16	12
9	313	65	42	127	-11	13	13
10	263	59	39	122	-12	12	14

Пример решения, вариант 1.

Используя выражение , S= Sp + Sк – S_эф - Sи - Sдн

рассчитываем результирующий тепловой поток

S = 270 + 75-53- 137- 15,2 = 138,8 Вт/м².

Приращение запаса тепла в водоеме за месяц составит

ΔS= 140,2 х 30 х 86400 = 364х10 ⁶Дж/м².

На основании формулы интенсивности изменения запаса тепла

S=c ρ h (t_к –Т_н) /τ ,

где h-глубина, ρ-плотность воды ,с- удельная теплоемкость воды,t_п -температура в начале и t_к –в конце расчетного периода, τ –продолжительность расчетного периода, можно записать

Δ S==С_р Δ t h/ τ

Принимая удельную теплоемкость воды Ср = 4190 Дж/(кг-К) и плотность воды ρ — 1000 кг/м³ и учитывая, что продолжитель­ность расчетного периода τ- равна одному месяцу, получаем изме­нение средней температуры воды в водоеме за месяц

Δ t = ΔS τ\ c ρ h = 364 х 106 • 1 \4190х1000х9 =9.6 С⁰

Средняя температура воды в конце месяца

t_к = tn + Δ t =16,1+9,6 = 25,7°С.

11.4 Расчет продолжительности охлаждения водоема.

Определить продолжительность охлаждения водоема до различных температур. Таблица 11.3

Номер варианта	S Вт/м2	Tn начальная температура	H глуби на в м	Плотность воды кг/м3	Тk конечная температура С0
1	115	20	1	1000	2
2	106	19	2	1000	3
3	97	18	3	1000	4
4	87	17	4	1000	5
5	188	16	5	1000	6
6	180	18	6	1000	7
7	172	19	7	1000	2
8	164	18	8	1000	3
9	162	17	9	1000	4
10	152	16	10	1000	5
11	143	18	12	1000	6

Пример решения. Исходные данные. Среднее значение теплового потока на водную поверхность за период охлаждения водоема S = —120 Вт/м2; средняя температура воды в начале периода Тn= 6,3°С, в конце периода Тk = 0,2°С; средняя глубина водоема h=2м

Требуется определить продолжительность периода охлаж­дения водоема до температуры 0,2 °С.

Расчетная продолжительность пе­риода охлаждения водоема равна

τ = С _р h (Тk –Тn )\ S = 4190 • 1000 x 2(0,2 —6,3)/(—120) = 425 983 с

=4,9 суток

. 11.5 Расчет поступления тепла за счет механи­ческой энергии движения воды.

Исходные данные.

Средние для потока значения вели­чин:

1. Скорость течения V= 1,7 м/с;

2. глубина h — 3,5 м;

3.уклон i = 0,0007;

4.ширина В = 25 м.

5.Длина потока L= 300 м.

Требуется оценить количество тепла, образовавшегося в по­токе за сутки за счет механической энергии движения воды.

Пример решения

Используем формулу определения тепла в потоке за счет механической энергии

Sэ.д. = р х Q х I х Vх h х В

где р- плотность воды кг\м3 ,v-скорость течения м\с, i-уклон потока,h-глубина потока, Q –расход воды, В-ширина потока ,определим приток тепла в се­кунду на 1 м² зеркала воды:

Sэ.д. = 9,81 х 1000 х 1,7 х 3,5 х 0,0007 = 40,9 Вт/м².

За сутки приход тепла в расчете на 1 м² поверхности потока равен

Д= 40,9 х 86 400 = 3534 кДж/м².

Для всей площади зеркала воды потока, равной F = ЗОО х 25=7500 м², количество тепла, образовавшегося за счет меха­нической энергии движения воды за сутки, Q = 7500 х 3534 = = 26,5- 10⁶ кДж. Таблица 11.4

Номер варианта	глубина h (м)	Q расход воды м3 \ с	i -уклон	В ( м. ) ширина	L длина потока м	Скорость течения V м/с
1	3,5		0,0007	25	300	1,7
2	2		0.0008	20	400	1.5
3	2.5		0.0009	15	500	1.8
4	3.2		0.0006	18	600	1.7
5	3.6		0.0009	20	700	1.22
6	2.5		0.0011	30	800	0.9
7	2.7		0.0012	34	900	07
8	1.8		0.0010	32	1000	1.1