Marinov - Hydrodynamika podzemných vôd
Dokumenty
Hydrodynamika podzemných vôd. Fyzikálne vlastnosti vody. 1
FYZIKÁLNE VLASTNOSTI VODY
Najdôležitejšie fyzikálne vlastnosti prírodnej vody sú: teplota,
hustota, špecifická hmotnosť, obsah pevných látok, viskozita, napätie
povrch, tepelná kapacita, entalpia, odparovací tlak, teplo
Normálna teplota vody je medzi 0 a 350 ° C
fyzikálne vlastnosti vody sa menia s teplotou (tabuľka 1.1).
Definujeme niektoré fyzikálne vlastnosti vody bez toho, aby sme sa podrobne zaoberali
Hustota vody je hmotnosť obsiahnutá v jednotkovom objeme (priemerná hustota) .
Hustota v bode v tekutej doméne
Jednotka merania hustoty, n Si, je kg/m3. SI = ML-3
Hustota čistej vody má maximum, rovné 1 000 kg/m3 pri teplote 4
klesá s teplotou (350 C, a = 994 kg/m3). medzi 0
Hustota pri 0 ° C a 40 ° C rastie s
teplota. Pri 00 ° C má čistá voda = 999,87 kg/m3. Hustotu je možné vypočítať, n
v závislosti od teploty s vzťahom Thiesen-Scheel-Diesselhorst:
G je gravitačná sila príťažlivosti
cvičenie na jednotku objemu. SI = N/m3. Čistá voda pri 200 ° C má = 9789 N/m
Pre tuhé látky rozpustené vo vode, ak nie
S = hustota vody obsahujúcej rozpustené pevné látky
Hydrodynamika podzemných vôd. Fyzikálne vlastnosti vody. 2
- normálna hustota vody (závisí od T);
ds - hustota rozpustenej pevnej látky;
Koncentráciu rozpustenej pevnej látky je možné vyjadriť v n (mg/l, koncentrácia); (ppm
(o/oo) alebo g/kg - slanosť), (kg/m
Koncentrácia tuhej látky rozpustenej v čistej vode v mg/l je
približne rovnaké ako slanosť * 1 000 alebo koncentrácia v ppm .
Slanosť je hmotnosť soli vg/(kg morskej vody = hmotnosť soli + hmotnosť
ap). Rovnicu (1.2) možno použiť na stanovenie koncentrácie alebo slanosti n
V praxi sa používajú približné vzorce.
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
Viskozita je vlastnosť tekutín vykazovať pri dotyku tangenciálne napätia
oddeľovaciu plochu medzi dvoma vrstvami pohybu navzájom.
Dynamická viskozita je mierou odporu kvapaliny proti stresu
tangenciálne trenie vscoas. Pre newtonovské tekutiny (voda) je konštanta
proporcionalita, ktorá spája tangenciálne úsilie s trením vscoas so sklonom k
speed du/dy (Newtonov zákon pre viskozitu):
kde u - je horizontálna rýchlosť a y - je normálny smer toku .
Hydrodynamika podzemných vôd. Fyzikálne vlastnosti vody. 3
a klesá so zvyšujúcim sa molekulárnym miešaním (so zvyšujúcou sa teplotou).
Príklady empirických vzorcov pre dynamickú viskozitu sú tie, ktoré odporúča
Hardy and Cottington and Swidells n Weast, Handbook of Chemistry and Physics 1986 .
kde je vyjadrená n Ns/m2, T n (0 C) a
20 = 0,001002 Ns/m2 (dynamická viskozita pri 200 C)
USA Národný úrad pre normy .
Vypočítané hodnoty sú uvedené v tabuľke 1.1
1.3. SUPERFICIÁLNE NAPÄTIE .
Povrchové napätie na rozhraní medzi vodou a vzduchom alebo medzi dvoma tekutinami
nemiešateľné výsledky interakcie medzi molekulami, ktoré tvoria voľný povrch, t.j.
molekuly vo vnútri tekutiny. Molekuly, ktoré tvoria voľný povrch, sú
silne priťahovaný k vnútornej strane tekutiny. Takto vzniká kmeň molekúl
ako membrána, ktorá je poháňaná silami, ako sú sily na obrázku (v prípade zvlhčovanej kvapaliny
stena, napríklad voda + sklo). Ak je voda v tenkej trubici (kapilárnej trubici,
d 5 mm), v dôsledku existencie povrchového napätia došlo k javu tzv
Hydrodynamika podzemných vôd. Fyzikálne vlastnosti vody. 4
Voda v trubici vystúpi do výšky h (výška kapiláry), ktorá môže byť
vypočítané podľa Jurinovho vzorca. Otvor v dôsledku povrchového napätia je: F = 2r .
Pri rovnováhe 2rcos = h r2 g
kde - je hustota kvapaliny (kg/m3),
g - je gravitačné zrýchlenie (m/s2),
- je uhol medzi stenou trubice a F (dotyčnica k menisku v bode
- napätie povrchovej vody (N/m).
Ako vyplynulo z uvedeného príkladu, sila pôsobiaca na povrchové napätie pôsobí
kolmo na voľný povrch, pozdĺž čiary tvoriacej meniskus (obr. 1.1),
Povrchové napätie vody pri 200 ° C je = 0,073 N/m. mierne sa líši s
Aby bolo možné simulovať jav odparovania, je potrebné poznať tlak
nasýtených pár a tlaku okolitých pár. Pre niektoré plyny
rozpustený, môže prenos hmoty medzi vzduchom a vodou súvisieť s výmenou vodnej pary
Tlak vodnej pary vo vzduchu vyplýva z kinetickej energie molekúl
voda, ktorá spôsobuje únik molekúl cez voľný povrch do vzduchu. Molekuly vody
odparujte do vzduchu, kým sa nenasýti. V rovnováhe, keď sa dosiahne tlak
nasýtené pary, vo vzduchu nad vodou kinetická výmena molekúl medzi vodou
a vzduch a medzi vzduchom a vodou je v rovnováhe. Poruchy tejto rovnováhy spôsobené
zmeny teploty vzduchu alebo vody zvyšujú prietok z prostredia
na druhú, kým sa znova nedosiahne rovnováha. Tlak pár sa zvyšuje o ct
zvýšenie teploty vyvádza do vzduchu viac molekúl vody. variácia
tlak nasýtených pár s teplotou je uvedený v tabuľke 1.2. (hodnoty
výsledky formulácie Goff-Gratch).
Tlak pary sa meria v SI, v Pa (N/m2). Tu je niekoľko
vzorce na stanovenie tlaku nasýtených pár:
pVS = 3,868639 (0,00738TS + 0,8072) 8-0,0000191,8TS + 48 +0,001316 (1,8)
kde pVS - tlak nasýtených pár (kPa),
TS - teplota povrchovej vody (0
Hydrodynamika podzemných vôd. Fyzikálne vlastnosti vody. 5
Na výpočet tlaku pár nad ľadom sa dá použiť vzorec:
Tlak vodnej pary v prostredí, pV (KPa) možno vypočítať zo vzťahu:
pV = pVS - 0,00066/pa (Ta - Tu) (1 + 0,00115 Tu) (1,11)
kde pa (KPa) - barometrický tlak,
Ta (0 ° C) - teplota suchého vzduchu,
Vy (0 C) - teplota vlhkého vzduchu,
pVS (kPa) - tlak nasýtených pár, vypočítaný podľa vzorca (1.8).
Množstvá tepla sa merajú v J (1 J = 1 N m), v SI alebo v koni. n cgs .
Kalorická kapacita je množstvo kalorickej energie potrebné na zvýšenie
teplota vody o jeden stupeň.
Kalorická kapacita vody je 4186,8 J/kg 0 C n SI a 1 kal./g 0 C n cgs.
Koňom. (kalória) je teplo potrebné na zvýšenie teploty a
gram vody o jeden stupeň. Spolupracujeme s:
koňa. 4 (nízkokalorické 3,50 C - 4,50 C),
koňa. 15 (normálna kalória 14,5 ° C - 15,50 ° C).
Priemerné kalórie = 1/100 tepla potrebného na ohrev jedného gramu vody od 00 ° C do
1 kal. 15/g 0C = 4186,8 J/kg 0C,
Výmeny kalorickej energie, voda, Q súvisia s výmenami
teplota, objem V, hustota a kalorická kapacita c:
Tepelný tok je množstvo tepla, ktoré prechádza plochou jednotky .
Najdôležitejším tokom tepla v hydrológii je tok slnečného žiarenia a
dlhovlnné žiarenie cez povrch vody. n SI
tepelný tok je vyjadrený vo W/m2 (J/s m alebo N/sm) a v cgs n kcal/m