Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Уравнение теплового баланса непроточного водоема

Основу методики теплового расчета водоемов составляет уравнение теплового баланса водоема.

Впервые метод теплового баланса был применен в 1920-х годах исследователем Л.Ф.Рудовицем при оценке интенсивности испарения с Каспийского моря. В эти же годы В.В.Шулейкин на основе составления теплового баланса установил наличие теплого течения из Баренцева моря в Карское море. Тогда же этот прогноз был блестяще подтвержден специальными экспедиционными исследованиями. В 1929г. Н.М.Бернадский разработал методику расчета прудов-холодильников (проточных водоемов), которые начали создаваться в первой пятилетке по плану ГОЭЛРО в большом количестве при строительстве тепловых электростанций. Эта методика основана на методе теплового баланса и почти в неизменном виде используется до сих пор при гидротехническом проектировании.

Рассмотрим тепловой баланс водоемов. Для этого воспользуемся дифференциальным уравнением теплопроводности (5.9). Уравнение (5.9) описывает самый общий случай температурного поля — нестационарного, пространственного. Решить это уравнение аналитически чрезвычайно трудно. Поэтому рассмотрим только частные случаи теплового баланса водоемов.

Тепловой баланс непроточного водоема. Для непроточного водоема (υx = υy = υz = 0) уравнение (5.9) примет следующий вид:

 

(5.15)

 

При переходе от уравнения (5.9) к уравнению (5.15) предполагалось, Что температурный режим водоема вдоль координат х и у не меняется (2t/∂x2 = 0, ∂2t/∂y2 = 0). Это справедливо, если глубина водоема и граничные условия вдоль этих координат не меняются.

После интегрирования уравнения (5.15) по глубине водоема получим

 

(5.16)

 

или

(5.17)

 

Левая часть уравнения (5.17) представляет собой изменение энтальпии отсека водоема площадью 1 м2 и глубиной H. Оно обусловлено тепловыми потоками, поступающими в этот отсек через поверхность и дно. Следовательно, правую часть уравнения (5.17) можем заменить суммой тепловых потоков через эти поверхности:

 

(5.18)

 

где и — температурный градиент у поверхности воды и у дна,

п — число слагаемых потоков.

Решая совместно уравнения (5.17) и (5.18), получаем

 

(5.19)

 

Таким образом, изменение средней температуры воды непроточного водоема во времени (∂t/∂τ) определяется граничными условиями (второго и третьего рода) — суммой тепловых потоков через его поверхности.