6. Основные функциональные зависимости температурного поля.

Каждая точка природных объектов (грунт, лед, снег, вода) и инженерных сооружений (плотина, разделяющая стенка, трубопровод) хар-ся t. Еслиtтела изменяется от точки к точке, то оно может быть охарактеризовано пространственнымtполем, а еслиtизменяется и во времени, то пространственно- временным. ТП может быть представлено виде функциональной зависимостиt=f₁(x,y,z, τ).ТП-совокупность значенийtдля всех точек пространства в данный момент времени. ТП поля подразделяют на стационарные и нестационарные. Еслиtтела является функцией координат и времени, что соответствует зависимости t =f₁(x,y,z,τ), то этонестационарное.В том случае, когдаtтела с течением времени не изменяется (dt./dτ = 0 ) и является функцией только координат, ТП будетстационарным: t=f ₂(x,y,z). Различают ТП трехмерные (пространственные),

двухмерные (плоские) и одномерные (линейные). К первым относятся поля, описываемые зависимостями t =f ₁(x, y, z, τ) и t = f 2(x, y, z), ко вторым - поля, описываемые зависимостями:t=f₃(x,y,τ) иt=f₄(x,y). к третьим - поля, описываемые зависимостями:t=f₅(x,τ) иt=f₆(x). Изотерма-линия точек с одинаковойt. Для нихdt=ɗt/ɗx*dx+ ɗt/ɗy*dy=0. Если выделить расположенные рядом изотермы с дtи проследим расстояние дn, то оно окажется различным. Отношение перепада дtк дnпо нормалиn-градиентt:gradt=Limдt/дn=ɗt/ɗn. Градиент больше там, где расст-е меньше. Градиент – вектор, направленный по нормали к изотерме в сторону возрастанияt

7. Статистическое и динамическое давление льда. Показать необходимость их учёта на примере сооружения по защите сПб от наводнений.

8. Закон теплопроводности. Использование его для решения практических задач.

Тепловой поток (ТП) – количество теплоты, проходящее в ед времени через изотермическую пов-ть. Направлен в сторону менее нагретой части среды. ТП, проходящ через ед пов-ти – интенсивность ТП. Кол-во теплоты, проходящее в ед времени через ед площади изотермической пов-ти – плотность ТП (уд ТП)-q. Французский ученый Фурье, изучая перенос теплоты в средах, открыл закон, согласно которому уд ТП прямо пропорционален градиенту температуры:q= -λ*(dt/dn), λ-коэф теплопроводности. Как и градиент температуры, удельный ТПq - вектор, направлен он по нормалип; положительным принято считать направление в сторону убывания температуры. Векторы градиента тем-ры и удельного ТП направлены в противоположные стороны. Знаяq, можно опр-ть тепловой поток, проходящ через площадьF, выделенную на изотермич пов-ти:Q=qF.

9. Теплопередача и теплоотдача теплопроводностью, конвекцией, испарением, лучистым теплообменом, изменением агрегатного состояния вещества. Их количественная оценка.

Теплопередача – совокупность явлений передачи теплоты из более нагретой подвижной среды в другую, менее нагретую, через разделяющую их твёрдую стенку. Теплоотдача – совокупность явлений переноса теплоты между поверхностью тв тела и жидкой или газообразной подвижной средой (нет стенки). 1. Теплопроводностью. Фурье, занимаясь изучением теплопроводности в средах, вывел закон : тепловой поток прямо пропорционален градиенту температуры:q= -λ ɗt/ɗn,n– нормаль к изотермической поверхности, λ-коэфф теплопроводности (пропорциональности) (зависит отt,p, влажности). Выведен экспериментальноQ=qF= -λ(ɗt/ɗn)F.Q-тепловой поток,q-уд т.п.,F-площадь. (количество теплоты, проходящее в ед времени через ед площади изотермической пов-ти называется плотностью теплового потокаq(уд т.п.)).2. Конвекцией.Qк(Конвекция -вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками жидкости или газа.) Происходит в рез-те перемещения частиц теплоносителя и наблюдается только в ж и газ средах. 1).Свободная- Перемещение частиц жидкости в силу изменения их плотности из-за нагревания или охлаждения, изменения концентрации. (например, охлаждение воды в сосуде сверху, тогда возникнет перенос частиц воды снизу вверх) 2). Вынужденная– обусловлена турбулентным перемешиванием водных или воздушных масс потока. Происходит молярный перенос водных масс, а не молекулярный (как в св) т.е. перенос больших объёмов жидкости. (например, ветровое перемешивание). \\\ Конвективный теплообмен в природе определяется разницей междуtподстилающей поверхности (tп) иtнаходящейся над ней жидкости или газообр среды (θ), в кот имеет место молярный перенос теплоты. По закону Ньютона можно опр кол-во темплотыQк (вт/м2), теряемое 1 м2 этой пов-ти в ед времени:Qк=α(tп- θ). α-коэф теплоотдачи от пов в среду. (опр экспер-но, зависит от шероховатости, скорости дв,tи физ пар-ов окр среды). (Ф: Проскурякова, Браславского).3. Лучистым теплообменом. Природа манитоэлектическая. Часть энергии тела, определяемая температурой его поверхности, преобразуется в энергию теплового излучения и уже в таком виде передаётся в окружающее пространство. Встречая на пути др тело, лучистая энергия частично отражается от его поверхности и частично поглощается им, т.е. проникает на некоторую глубину, зависящую от прозрачности тела. Виды излучения (по ув длины волны): космическое, рентгеновское, ультраифолетовое, видимое, тепловое, радио-волны.\\\ Если пов-ть тела поглощает все падающие на неё лучи, то это абс чёрн тело; если отражает лучи – абс белое; если пропускает лучи-абс прозрачное. ЗаконСтефана-Больцмана:Qиз= σ0T^4, (σ₀-5,67*10^-8-коэф излучение АЧТ, постоянная С-Б, Т-тем-ра). Это зависимость для опр теплового потока при передаче теплоты излучением АЧТ. Реальные тела не АЧТ, поэтомуQиз= ε σ0T^4, ε-степень черноты серого тела (0-1). \\ Разность между поглащ суммарной радиацией и эф излучением земной пов-ти наз-ся тепловым балансом (радиационным).Q_R=(1-А)(Q_п.р+q_р.р.)-Iэф. А-альбедо (хар-ет отражат спос-ть пов-ти, %, это отношение интенсивности радиации, отражённой данной пов-тью к интенсивности радиации, падающей на неё),Q_п.р+q_р.р.– суммарная солнечная радиация;Iэф – эф излучение при облачности (это разность: собственное излучение пов-ти Земли-излучение атмосферы).4. Изменение агр сост вещ-ва.При испарении воды, таянии снега и льда, происходит поглощение теплоты из окр среды (сток). При конденсации водяного пара, замерзании воды и грунта, происходит выделение теплоты в окр среду (исток). \\\Количественная оценка при испарении(теплоотдача в атмосферу) воды: закон ДальтонаQи=LиρE,Lи-уд теплота испарения =2500 кДж/(кг*град), Е – слой испарившейся воды в ед времени (много формул, Е=ε(e₀-e2) Зайков, е0-давление насыщ вод пара в воздухе приtиспаряющей пов-ти, е2-парциаольное давление вод пара 2м. ε=0.14(1+0.72w₂) – интенсивность испарения,w₂-скорость ветра.Qи=4,1(1+0.72w₂)(е0-е₂) \\\Кол оценка теплообмена при кристаллизации воды (плавлении льда)Qкр=Lкрρh;Lкр=33,5*10^4 Дж/кг,h-слой замёрзшей воды.Кол оценка теплопередачи(это от среды к среде через тв стенку). От воды к стенке:Q=α₁(tводы-tнижней пов ст), от стенки к воздуху:Q=α₂(tверхн пов ст-θ2(возд)). По закону Фурье:Q= (λ/δ)F(tн.п.-tв.п.), δ-материал стенки.q=(tв-θ)/(1/α₁+ δ/λ+…+1/α₂). 1/α-внешнее термическое сопротивление, δ/λ-термическое сопротивление стенки,q-уд тепл поток.