Введение к работе
-- .
Актуальность темы. Работа посвящена изучению особенное -тей тепло- и влагообмена в тонком пограничном слое вода-воз -дух в условиях конвекции при наличии или отсутствии і-: пель -ной эмиссии.
В настоящее время проблеме микровзаимодействия в системе гидросфера-атмосфера уделяется повышенное внимание. Выявление механизмов тепло-- и влагопереноса через границу раздела вода-воздух 'и в непосредственной близости от неё оказалось необходимым для понимания процессов взаимодействия между воздушной и водной средами в целом. Эта проблема имеет ярко выраженную экологическую направленность, так как непосредственно связана ,с прогнозом состояния водных ресурсов на Земле.
Одним из основных механизмов переноса тепла и массы между гидросферой и атмосферой служит конвекция. Наиболее изученным является режим вынужденной конвекции. Значительно менее исследован процесс обмена теплом и влагой между водной и воздушной средами в условиях свободноконвективного движения. Интенсив -ность тепло- и влэгообмена между водой и воздухом зависит также от наличия кэлельно-луэырькового переноса через границу сред. Несмотря на то, что в последние годы изучению процесса возникновения пузырьков и капель в пограничном слое гидросфера - атмосфера, исследованию их характеристик и зависимости последних от внешних условий посвящено большое количество работ, роль напельно-пузырькового механизма в процессах тепло-и влагообмена через границу раздела вода-воздух при свободной и вынужденной конвекции исследована далеко недостаточно.
Представляется целесообразным из об:цей задачи тепло- и влагопереноса между водоёмом и прилегающими слоями воздуха выделить исследование воздействия капельно-пузырькового обмена на тепловые потоки и потоки влаги в тонком пограничном слое вода-воздух в условиях свободной и вынужденной конвекции. Причём особое внимание следует обратить на свободноконвентив-ной движение, так как в этой ситуации роль капельно-пузырь -кового механизма в переносе тепла и влаги в пограничном слое вода-воздух до сих пор вообще не исследовалась.
Детальное исследование термической и влакностной структу
ры тонких пограничных слоев воды и воздуха в природных услови
ях в настоящее время не представляется возможным. Отсюда сле
дует обоснованность лабораторного эксперимента как метода изу
чения закономерностей тепло- и влагообмена между водой и воз- .
духом, обладающего такими ценными качествами как воспроизво -
димость и возможность исследования влияния отдельных факторов
на изучаемый процесс. t
Целью работы послужило исследование механизма тепло- и влагообмена в тонком пограничном слое вода-воздух в условиях свободной и вынужденной конвекции при наличии или отсутствии капельной эмиссии. Работа выполнена методом лабораторного моделирования.
В диссертации ставятся следующие конкретные задачи:
-
Определить числовые константы в законах тепло- и влаго-передачи для условий свободной конвекции в системе вода-воздух при отсутствии пузырьково-капельного переноса.
-
Оценить влияние пузырьково-капельного механизма на по- . токи скрытого и явного тепла на границе вода-воздух при свободной конвекции и интенсивной"искусственной аэрации водной массы.
-
В условиях свободной конвекции исследовать вертикаль -ное распределение температуры и влажности в непосредственной ;-близости от поверхности испаряющейся аэрированной.воды. Методом замыкания уравнений баланса массы- и тепла выявить' особен- ' ности тепло- и влагопереноса через границу раздела вода-воздух при капельной эмиссии в условиях свободно-конвективного движения.
-
Исследовать влияние капельно-пузырькового механизма на процесс теплопередачи в системе вода-воздух при вынужденной конвекции.
Научная новизна и основные результаты работы.
-
Впервые в условиях свободной конвекции и наличия капельной эмиссии выполнено экспериментальное исследование микроструктуры вертикального распределения температуры и влажности в тонком пограничном слое вода-воздух.
-
Обнаружено и исследовано влияние капельной эмиссии на тепло- и влагообмен между водоёмом и прилегающими .. слоями атмосферы в условиях свободной.конвекции. Показано, что над
аэрированной водой существует поток воды в мккрокэллях, наличие которого существенно увеличивает_поток_тепла, направленный из воды в воздух, и вынос воды из водоёма. До настояного Ерєиеки этот механизм интенсификации тепло- и влагопереноса из воды в воздух в условиях свободной конвекции не рг.усматривался.
-
Впервые показано, что вертикальные пробили температуры над водой в условиях свободной конвекции и наличия капельной эмиссии отличаются от аналогичных профилей над >-ёстккык нагретыми поверхностями и предложено объяснение этого явления.
-
Ка большом и однородном экспериментальном материале одновременно определены числовые константы в законах тепло-
и влагопередачи для пограничного слоя вода-воздух в условиях свободной конвекции при неаэрированной водной массе. Показано, что числовые константы в этих выражениях не зависят от температуры воды и с удовлетворительной точностью могут быть приняты равными 0,14. Определены границы применимости законов тепло- и влагопередачи для пограничного слоя вода-воздух.
5. Выполнено экспериментальное исследование влияния ка-
пельно-пузырьковогс обмена теплоперенос между водой и возду
хом при различных ветро-волновых ситуациях.
Научная г, практическая ценность.
-
Обнаруженное в условиях свободной конвекции явление значительного возрастания потоков тепла и влаги в пограничном слое вода-воздух в результате выноса микрокапель из аэрированной водной массы расширяет современное представление о процессах тепло- и влагообмена в системе водоём-атмосфера и имеет прямое отношение к охране водных ресурсов в условиях антропогенного воздействия на природу.
-
Полученные и исследованные в работе вертикальное рас-яре.иеление температуры и влажности в тонком приводном слое воздуха позволяют подойти к пониманию механизма формирования вертикальных проаилей этих величин над аэрированной водой в
условиях свободной конвекции.
3. Уточненное данные о значениях числовых констант в за
конах тепло- и влагопереноса непосредственно связаны с проб
лемой парвметризации потоков тепла и влаги в системе вода -
воздух в условиях свсОодноЯ конвекции, а следовательно, и с
проблемой математического моделирования теплового и водного,
режимов природных водоёмов. '
4. Результаты изучения тепло- и влагообмена между водой и прилегающими слоями воздуха в различных ветротволновых си- ' туациях могут быть использованы при построении общей теории взаимодействия гидросферы и атмосферы.
Апробация результатов.
Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной
научной студенческой конференции в Новосибирске /1986 /, на
конференции учёных МГУ по Проблемам Мирового Океана / 1986 /,
на научно-технической конференции "Молодежь и экология Москвы"
/ 1986 /, а также на семинарах института Океанологии ПАН / Со- >
пот, 1989 /, ИОАН СССР, лаборатории Влагопереноса и испарения
ИВП АН СССР,. кафедры Физики моря и вод суши физического фа
культета МГУ. и ИФА АН СССР. '.;"
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Объем диссертации состав-. ; " ляет /3/ стр., включая список литературы из /<г* названий, S таблиц и 4-6 рисунков.