Маринов - Хидродинамика на подземните води
Документи
Хидродинамика на подземните води. Физически свойства на водата. 1
ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА ВОДАТА
Най-важните физически характеристики на естествената вода са: температура,
плътност, специфично тегло, съдържание на твърди вещества, вискозитет, напрежение
повърхност, топлинен капацитет, енталпия, налягане на изпаряване, топлина
Нормалната температура на водата е между 0 и 350 C. Повечето
физическите свойства на водата варират в зависимост от температурата (Таблица 1.1).
Ще определим някои от физичните свойства на водата, без да навлизаме в описания
Плътността на водата е масата, съдържаща се в единицата обем (средна плътност) .
Плътност в точка от флуидния домейн
Единицата за измерване на плътността, n Si е kg/m3. SI = ML-3
Плътността на чистата вода е максимум, равен на 1000 kg/m3 при температура 4
намалява с температурата (350 C, a = 994 kg/m3). между 0
0 C и 40 C плътността се увеличава с
температура. При 00С чистата вода има = 999,87 кг/м3. Плътността може да се изчисли, n
в зависимост от температурата с връзката Тизен-Шел-Диселхорст:
G е гравитационната сила на привличане, която
упражнение за единица обем. SI = N/m3. Чистата вода при 200 ° С има = 9789 N/m
За твърди вещества, разтворени във вода, ако не
S = плътност на водата, съдържаща разтворени твърди вещества
Хидродинамика на подземните води. Физически свойства на водата. 2
- нормална плътност на водата (зависи от Т);
ds - плътност на разтвореното твърдо вещество;
Концентрацията на разтвореното твърдо вещество може да бъде изразена в n (mg/l, концентрация); (ppm
(o/oo) или g/kg - соленост), (kg/m
Концентрацията на твърдо вещество, разтворено в чиста вода, в mg/l е
приблизително същата като солеността * 1000 или концентрацията в ppm .
Солеността е масата на солта в g/(kg морска вода = маса на сол + маса на
ап). Уравнение (1.2) може да се използва за определяне на концентрацията или солеността n
На практика се използват приблизителни 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
Вискозитетът е свойството на течностите да показват тангенциални напрежения при
разделителната повърхност между два слоя на движение един спрямо друг.
Динамичният вискозитет е мярка за устойчивостта на течността към стрес
тангенциално триене vscoas. За нютоновите течности (водата) е константа от
пропорционалност, свързваща тангенциалното усилие с триенето срещу градиента на
скорост du/dy (закон на Нютон за вискозитета):
където u - е хоризонталната скорост, а y - нормалната посока на потока .
Хидродинамика на подземните води. Физически свойства на водата. 3
и намаляват с увеличаване на молекулярната възбуда (с повишаване на температурата).
Примери за емпирични формули за динамичен вискозитет са тези, препоръчани от
Харди и Котингтън и Суидълс н Уест, Наръчник по химия и физика 1986 .
където е изразено n Ns/m2, T n (0 C) и
20 = 0,001002 Ns/m2 (динамичен вискозитет при 200 C)
НАС. Национално бюро за стандарти .
Изчислените стойности са представени в таблица 1.1
1.3. ПОВЪРХНОСТНО НАПРЕЖЕНИЕ .
Повърхностно напрежение на границата между водата и въздуха или между две течности
несмесващ се резултат от взаимодействието между молекулите, които образуват свободната повърхност i
молекули вътре в течността. Молекулите, които образуват свободната повърхност, са
силно привлечени от вътрешността на течността. Това създава напрегнат слой от молекули
като мембрана, която се задвижва от сили като тези на фигурата (в случай на течност, която се омокря
стената, например вода + чаша). Ако водата е в тънка тръба (капилярна тръба,
d 5 mm), поради съществуването на повърхностно напрежение, ще се появи явление, наречено
Хидродинамика на подземните води. Физически свойства на водата. 4
Водата в тръбата ще се издигне до височина h (височина на капилярите), която може да бъде
изчислено с формулата на Юрин. Дупката поради повърхностното напрежение е: F = 2r .
При равновесие 2rcos = h r2 g
където - е плътността на течността (kg/m3),
g - гравитационното ускорение (m/s2),
- е ъгълът между стената на тръбата и F (допирателна към менискуса в точката на
- повърхностно водно напрежение (N/m).
Както се получава от примера, даден силата, дължаща се на повърхностното напрежение действа
перпендикулярно на свободната повърхност, по линия, която образува менискус (фиг. 1.1),
Повърхностното напрежение на водата при 200 C е = 0,073 N/m. варират леко с
За да се симулира явлението на изпарение, е необходимо да се знае налягането
наситени пари и налягане на околната пара. За някои газове
разтворени, преносът на маса между въздух и вода може да бъде свързан с обмена на водна пара
Налягането на водната пара във въздуха се дължи на кинетичната енергия на молекулите
вода, която кара молекулите да избягат през свободната повърхност във въздуха. Водни молекули
изпарява се във въздуха, докато се насити. В равновесие, когато налягането е достигнато
наситени пари, във въздуха над водата, кинетичният обмен на молекули между водата
и въздухът и между въздуха и водата е в баланс. Нарушения на този баланс, причинени от
промените в температурата на въздуха или водата увеличават потока от околната среда
на другия, докато отново се достигне баланс. Налягането на парите се увеличава с ct
повишаването на температурата пробива повече водни молекули във въздуха. вариация
налягането на наситените пари с температура е представено в таблица 1.2. (стойности
резултати от формулировката на Goff-Gratch).
Налягането на парите се измерва в SI, в Pa (N/m2). Ето няколко
формули за определяне на налягането на наситени пари:
pVS = 3.868639 (0.00738TS + 0.8072) 8-0.0000191.8TS + 48 +0.001316 (1.8)
където pVS - налягане на наситените пари (kPa),
TS - температура на повърхностните води (0
Хидродинамика на подземните води. Физически свойства на водата. 5
За изчисляване на налягането на парите над леда може да се използва формулата:
Налягането на водната пара в околната среда, pV (KPa) може да се изчисли със съотношението:
pV = pVS - 0,00066/pa (Ta - Tu) (1 + 0,00115 Tu) (1,11)
където pa (KPa) - барометрично налягане,
Ta (0 C) - температура на сухия въздух,
Вие (0 C) - температура на влажен въздух,
pVS (kPa) - налягане на наситените пари, изчислено по формула (1.8).
Количествата топлина се измерват в J (1 J = 1N m), в SI или кон. n cgs .
Калоричният капацитет е количеството калорична енергия, необходимо за увеличаване
температура на водата с един градус.
Калоричният капацитет на водата е 4186,8 J/kg 0 C n SI и 1 кал./G 0 C n cgs.
С кон. (калория) е топлината, необходима за повишаване на температурата на a
грам вода с една степен. Ние работим с:
кон. 4 (нискокалорични 3.50 C - 4.50 C),
кон. 15 (нормални калории 14.5 0C - 15.50C).
Средна калория = 1/100 от топлината, необходима за загряване на един грам вода от 00C до
1 кал. 15/g 0C = 4186.8 J/kg 0C,
Калоричният енергиен обмен, вода, Q, са свързани с обмена на
температура, обем V, плътност и калориен капацитет c:
Топлинният поток е количеството топлина, което преминава през единичната площ .
Най-важният поток на топлина в хидрологията е потокът на слънчевата радиация и
излъчване с дълги вълни през повърхността на водата. n SI
топлинният поток се изразява в W/m2 (J/s m или N/sm) и в cgs n kcal/m