Марінов - Гідродинаміка підземних вод
Документи
Гідродинаміка підземних вод. Фізичні властивості води. 1
ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ
Найважливішими фізичними характеристиками природної води є: температура,
щільність, питома вага, вміст твердих речовин, в'язкість, натяг
поверхня, теплова потужність, ентальпія, тиск випаровування, тепло
Нормальна температура води становить від 0 до 350 С. Більшість
фізичні властивості води змінюються залежно від температури (табл. 1.1).
Ми визначимо деякі фізичні властивості води, не вдаючись до описів
Густина води - маса, що міститься в одиниці об'єму (середня густина) .
Щільність в точці домену рідини
Одиниця виміру щільності, n Si, становить кг/м3. SI = ML-3
Щільність чистої води має максимум, рівний 1000 кг/м3 при температурі 4
зменшується з температурою (350 С, а = 994 кг/м3). між 0
Щільність 0 С і 40 С збільшується з
температури. При 00С чиста вода має = 999,87 кг/м3. Щільність можна розрахувати, n
залежно від температури за співвідношенням Тізена-Шееля-Діссельхорста:
G - сила тяжіння, що тягне
вправа на одиницю об’єму. SI = N/м3. Чиста вода при 200 С має = 9789 Н/м
Для твердих речовин, розчинених у воді, якщо не
S = щільність води, що містить розчинені тверді речовини
Гідродинаміка підземних вод. Фізичні властивості води. 2
- нормальна щільність води (залежить від Т);
ds - щільність розчиненого твердого речовини;
Концентрація розчиненого твердого речовини може бути виражена в n (мг/л, концентрація); (ppm
(o/oo) або г/кг - солоність), (кг/м
Концентрація твердої речовини, розчиненої в чистій воді, в мг/л становить
приблизно така ж, як солоність * 1000 або концентрація в проміле .
Солоність - маса солі в г/(кг морської води = маса солі + маса
ап). Рівняння (1.2) можна використовувати для визначення концентрації або солоності n
На практиці застосовуються приблизні формули.
A = 8,24493 10-1 - 4,0899 10-3 T + 7,643810-5 T2 - 8,246710-7 T3 + 5,3675 10-9 T4
B = -5,724 10-3 + 1,0227 10-4 T - 1,6546 10-6 T2
В'язкість - властивість рідин проявляти дотичні напруги при
розділяюча поверхня між двома шарами руху відносно один одного.
Динамічна в'язкість є мірою стійкості рідини до напруги
тангенціальне тертя vscoas. Для ньютонівських рідин (вода) є константою
пропорційність, що пов'язує дотичні зусилля із тертям та градієнтом
швидкість du/dy (закон Ньютона щодо в'язкості):
де u - горизонтальна швидкість, а y - нормальний напрямок потоку .
Гідродинаміка підземних вод. Фізичні властивості води. 3
і зменшуватись із збільшенням молекулярного збудження (із збільшенням температури).
Прикладами емпіричних формул динамічної в'язкості є рекомендовані
Харді, Коттингтон і Свіделс н Вест, Довідник з хімії та фізики 1986 .
де виражається n Ns/м2, T n (0 С) і
20 = 0,001002 Нс/м2 (динамічна в'язкість при 200 С)
НАС. Національне бюро стандартів .
Розрахункові значення представлені в таблиці 1.1
1.3. ПОВЕРХОВА НАПРУГА .
Поверхневий натяг на межі розділу між водою та повітрям або між двома рідинами
не змішується результат взаємодії між молекулами, що утворюють вільну поверхню i
молекули всередині рідини. Молекули, що утворюють вільну поверхню, є
сильно притягується до внутрішньої частини рідини. Це створює штам молекул
як мембрана, що приводиться в дію такими силами, як на малюнку (у випадку рідини, яка змочується
стіна, наприклад вода + стакан). Якщо вода знаходиться в тонкій трубці (капілярна трубка,
d 5 мм), завдяки існуванню поверхневого натягу, з'явиться явище, яке називається
Гідродинаміка підземних вод. Фізичні властивості води. 4
Вода в трубці підніметься на висоту h (висота капілярів), яка може бути
обчислюється за формулою Юріна. Отвір, обумовлений поверхневим натягом, становить: F = 2r .
У рівновазі 2rcos = h r2 g
де - щільність рідини (кг/м3),
g - гравітаційне прискорення (м/с2),
- - кут між стінкою трубки і F (дотична до меніска в точці
- поверхневий натяг води (Н/м).
Як випливає з прикладу, наведеного зусилля внаслідок дії поверхневого натягу
перпендикулярно вільній поверхні вздовж лінії, що утворює меніск (рис. 1.1),
Поверхневий натяг води при 200 С становить = 0,073 Н/м. дещо змінюються з
Для імітації явища випаровування необхідно знати тиск
насичені пари та тиск пари навколишнього середовища. Для деяких газів
розчинений, перенос маси між повітрям і водою може бути пов’язаний з обміном водяної пари
Тиск водяної пари в повітрі виникає в результаті кінетичної енергії молекул
вода, яка змушує молекули виходити через вільну поверхню в повітря. Молекули води
випаровуються в повітрі, поки воно не насититься. У рівновазі, коли досягається тиск
пари насичення, в повітрі над водою, кінетичний обмін молекулами між водою
і повітря, і між повітрям і водою знаходиться в рівновазі. Порушення цього балансу, викликані
зміна температури повітря або води збільшує потік із навколишнього середовища
до іншого, доки баланс знову не буде досягнутий. Тиск пари зростає на ct
підвищення температури викидає в повітря більше молекул води. варіація
тиск насиченої пари з температурою представлено в таблиці 1.2. (значення
результати формулювання Гоффа-Гратча).
Тиск пари вимірюється в SI, в Па (Н/м2). Ось декілька
формули для визначення тиску насиченої пари:
pVS = 3.38639 (0.00738TS + 0.8072) 8-0.0000191.8TS + 48 +0.001316 (1.8)
де pVS - тиск пари насичення (кПа),
TS - температура поверхневої води (0
Гідродинаміка підземних вод. Фізичні властивості води. 5
Для розрахунку тиску пари над льодом можна використовувати формулу:
Тиск водяної пари в навколишньому середовищі, pV (KPa) можна розрахувати із співвідношенням:
pV = pVS - 0,00066/pa (Ta - Tu) (1 + 0,00115 Tu) (1,11)
де pa (KPa) - барометричний тиск,
Ta (0 С) - температура сухого повітря,
Ви (0 С) - температура вологого повітря,
pVS (кПа) - тиск пари насичення, розрахований за формулою (1.8).
Кількість тепла вимірюється в Дж (1 Дж = 1Н м), в СІ або коні. n cgs .
Калорійність - це кількість калорійної енергії, необхідна для збільшення
температура води на один градус.
Калорійність води становить 4186,8 Дж/кг 0 C n SI і 1 кал./G 0 C n cgs.
На коні. (калорія) - це тепло, необхідне для підвищення температури а
грам води на один градус. Ми працюємо з:
кінь. 4 (низька калорійність 3,50 C - 4,50 C),
кінь. 15 (норма калорій 14,5 0C - 15,50C).
Середня калорія = 1/100 тепла, необхідного для нагрівання одного грама води від 00 ° С до
1 кал. 15/г 0С = 4186,8 Дж/кг 0С,
Калорійні енергетичні обміни, вода, Q, пов'язані з обмінами
температура, об'єм V, щільність та калорійність c:
Тепловий потік - це кількість тепла, яке проходить через одиницю площі .
Найважливішим потоком тепла в гідрології є потік сонячного випромінювання і
довгохвильове випромінювання через поверхню води. n СІ
тепловий потік виражається у Вт/м2 (Дж/с м або Н/см) і в кгс н ккал/м