Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса льдообразования в капле воды
I. I. Постановка задачи II
1.2. Математическое моделирование процесса льдообразования в капле воды 13
1.3. Экспериментальное исследование процесса замерзания капель воды в потоке воздуха, сравнение теоретических и экспериментальных результатов 16
1.4. Влияние метеорологических параметров на интен
сивность процесса замерзания капель воды 19
1.5.-Температура поверхности замерзающей капли 22
1.6. Упрощение расчетных формул 27
Глава 2. Теоретическое и экспериментальное исслвдование процесса льдообразования в факеле искусственного довдя .
2.1. Постановка задачи 29
2.2. Математическое моделирование процесса льдообразования в факеле искусственного дождя 32
2.3. Определение скорости вентиляции факела ветром 37
2.4. Экспериментальное исследование процесса льдообразования в факеле искусственного дождя 40
2.5. Анализ экспериментальных результатов 49
2.6. Некоторые частные случаи факельного льдообразования
2.6.1. Влияние начальной температуры воды 54
2.6.2. Изменение эффективной высоты факела 58
2.7. Упрощение расчетных формул с учетом реальных условий зимнего дождевания 61
2.8. Влияние метеорологических параметров на эффекты
факельного льдообразования 65
2.9. Применение метода факельного льдообразования
для исследования структуры искусственного дождя 69
Глава 3. Применение факельного метода для намораживания монолитного льда
3.1. Особенности процесса замерзания тонкого слоя во ды на ледяном основании 73
3.2. Исследования по интенсификации процесса намора живания льда 79
3.3. Применение факельного метода для намораживания монолитного льда 85
Глава 4. Влияние климатических условий на интенсивность намораживания льда с применением факельного метода
4.1. Определение коэффициента конвективного теплооб- 90
мена ледяной поверхности
4.2. Влияние снежного покрова на интенсивность намо раживания льда 103
4.3. Расчет оптимальной толщины слоя водно-ледовой смеси ИЗ
Глава 5. Применение полученных результатов для решения широкого круга народнохозяйственных задач в различных физико-географических условиях
5.1. Опыт и перспективы применения факельного метода для решения актуальных народнохозяйственных за дач И7
5.2. Анализ эффективности применения метода факельного льдообразования в различных физико-географических условиях 133
5.3. Перспективы применения факельного метода для целенаправленных воздействий на процесс льдообра зования и свойства природно-техногенных льдов 144
Заключение 154
Литература
- Экспериментальное исследование процесса замерзания капель воды в потоке воздуха, сравнение теоретических и экспериментальных результатов
- Экспериментальное исследование процесса льдообразования в факеле искусственного дождя
- Исследования по интенсификации процесса намора живания льда
- Влияние снежного покрова на интенсивность намо раживания льда
Введение к работе
Директивы ХХУІ съезда КПСС по "Основным направлениям экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г.", постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР "Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов", задачи успешной реализации Продовольственной программы и освоения Севера и Востока страны, борьба со стихийными разрушительными явлениями требуют активного участия специалистов географов в деле их решения.
Этому служит конструктивное направление в географии, имеющее своей целью разработку теоретических проблем планомерного и целенаправленного преобразования природы и управление окружающей средой. Оно означает переход от обычных качественных и описательных географических характеристик и разработок к количественным, значительно более точным, имеющим конкретное техническое и экономическое содержание. Для получения таких характеристик необходимо применение новых приемов исследований и расчетов с помощью современных математических, физических, химических и биологических подходов / 30,31 /.
Конструктивный подход к физической географии на первом этапе выдвигает перед ней общую цель - помочь технике добиться максимального использования всех возможностей природы, способствовать минимизации затрат при освоении новых территорий и природных объектов / 82 /. Ее реализации служат и задачи, стоящие перед гляциологией, в частности теоретические и экспериментальные разработки по применению льда и гляциально-нивальных процессов, широко распространенных на территории нашей страны, в народнохозяйственных целях / 2 /.
Одним из наиболее управляемых и практически применяемых гля-циальных процессов является наледный процесс, фундаментальные фи- зические и географические исследования которого проведены В.Р. Алексеевым / 10,11,12,13 /.
Для более широкого применения льда и гляциально-нивальных процессов необходима разработка и всестороннее исследование технологичных, экономичных и высокоэффективных способов льдообразования.
Для производства льда в природных условиях применяют различные способы намораживания. Наиболее распространенным и дешевым является послойное намораживание льда, которое заключается в периодическом наливе на поверхность тонких слоев воды с последующим их замерзанием под действием отрицательных,температур воздуха/48 /. При послойном намораживании льда считалось, что вода, подаваемая на ледяную поверхность, должна быть как можно более охлаждена, но даже частичное ее замерзание нежелательно / 116 /. Поэтому разбрызгивание воды на лед применялось лишь с целью ее охлаждения. В других работах ставилась альтернативная задача получения искусственного снега при полном замерзании капель воды в воздухе. Для этой цели за рубежом применяются различные спринклеры, создающие микрокапельный факел сразу на выходе воды из агрегата / 6 /. Это позволяет полнее использовать "запас холода" тонкого приземного слоя воздуха, которого, однако, недостаточно для значительного повышения интенсивности льдообразования.
Известны случаи применения дальнеструйных дождевальных установок для намораживания теплоизолирующих покрытий / 77 /. Но при этом чаще всего образовывался слишком плотный, а следовательно, хорошо теплопроводный ледяной материал и нужный эффект не достигался.
Метод искусственного дождевания в дальнейшем не получил широкого распространения. Это связано с тем, что, во-первых, не проводилось систематического изучения этого способа льдообразо- вания, что не позволило правильно прогнозировать и получать требуемые результаты; во-вторых, ставился узкий круг задач, в основном теплоизоляция почво-грунтов, и не рассматривались другие возможности применения метода.
Новый этап в развитии этого метода связан с работами, проводимыми на протяжении ряда лет в лаборатории инженерной гляциологии Института географии АН СССР, по теоретическому и экспериментальному исследованию процесса льдообразования при искусственном дождевании и его применению для различных целей. Отличие этого метода от послойного состоит в том, что основной теплообмен переносится из плоскости намораживания в объем капельного факела. Поэтому в нашей работе он получил название "метод факельного льдообразования" .
При теоретическом исследовании процесса льдообразования в факеле искусственного дождя возникают многочисленные трудности, связанные с определением параметров водяной струи, спектра и среднего радиуса капель, прямого и обратного влияния процесса замерзания капель на параметры воздуха в факеле и эффекта их трансформации под действием ветра и т.д.. Попытка рассмотреть некоторые вопросы теории капельного намораживания была предпринята в работе / 89 /. Однако отдельные допущения, принятые в работе, такие как необходимость полного замерзания капель воды и неучет сноса ансамбля капель под действием ветра не позволяют применить этот подход для определения основного параметра, показывающего эффективность льдообразования - процентного содержания льда в факеле. Также в полной мере не исследовались особенности и перспективы применения метода факельного льдообразования для решения возможно более широкого круга практических задач в различных физико-географических условиях.
Таким образом,основная цель работы заключается в комплекс- ном исследовании метода факельного льдообразования для более полного и рационального использования гидроклиматических ресурсов в различных физико-географических условиях. Для ее достижения потребовалось решить следующие задачи: разработать теорию метода факельного льдообразования; на ее основе проверить эффективность применения метода для более полного и рационального использования гидроклиматических ресурсов; обосновать перспективы применения метода факельного льдообразования для решения широкого крута народнохозяйственных задач, дать рекомендации по выбору оптимальных параметров искусственного дождевого факела при решении некоторых из них; выделить физико-географические зоны разной эффективности применения факельного метода для намораживания искусственного фирна и льда и регионы его преимущественного использования.
Актуальность темы диссертации определена ее направленностью в помощь освоению районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, реализации Продовольственной программы и решению задач охраны окружающей среды на основе более широкого и эффективного применения льда и гляциально-нивальных процессов. Результаты работы позволяют прогнозировать и успешно применять метод факельного льдообразования в народнохозяйственных целях.
Научная новизна работы состоит в разработке автором теории метода факельного льдообразования и обосновании эффективности его применения для решения широкого круга народнохозяйственных задач в различных физико географических условиях. В работе впервые синтезированы теоретические, экспериментальные и географические аспекты метода факельного льдообразования, определены оптимальные параметры процесса при намораживании искусственного фирна и льда. Лабораторными и натурными экспериментами доказана высокая произво- дительность намораживания ледяного материала.
Практическое значение работы заключается, во-первых, во всестороннем исследовании процесса льдообразования факельным методом, возможностей его управления и оптимизации с учетом гидроклиматических условий конкретной территории; во-вторых, в обосновании перспектив и эффективности применения метода для решения актуальных народнохозяйственных задач.
Результаты работы позволяют полнее и рациональнее использовать гидроклиматические ресурсы для намораживания ледяного материала, широкое применение которого способствует минимизации затрат при освоении холодных районов страны. Расчетные формулы, полученные в работе, применяются при решении практических задач, а результаты работы используются при составлении прикладной части Атласа снежно-ледовых ресурсов мира.
Выполненная работа базируется на результатах многолетних лабораторных и полевых исследований, проведенных автором в различных районах: Средне-Русская возвышенность, Урал, Якутия.
При проведении экспериментов использовались физические методы исследования гляциально-нивальных процессов. Для анализа экспериментальных результатов автором применялось математическое моделирование криогенных процессов, что дало возможность выявить основные закономерности процесса факельного льдообразования в природных условиях и определить влияние на него климатических факторов. Применение сравнительно-географического метода позволило выделить зоны различной интенсивности и регионы преимущественного использования метода факельного льдообразования.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 167 страницах машинописного текста с приложением 20 рисунков и библиографии ( 127 наименований).
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руко- водителю д.г.н. В.Г.Ходакову за постоянное внимание и поддержку в процессе выполнения исследования. Автор признателен А.В.Гордей-чику, В.В.Гохману, Ю.А.Чарушникову за помощь в проведении полевых исследований и сотрудникам отдела гляциологии за советы и критические замечания, способствовавшие улучшению работы.
Экспериментальное исследование процесса замерзания капель воды в потоке воздуха, сравнение теоретических и экспериментальных результатов
В результате исследований, проведенных Н.П.Тверской / 99 /, было установлено, что значения ветрового множителя, учитывающего влияние скорости движения воздуха на интенсивность испарения, для сферических ледяных частиц являются теми же, что и для капель воды. Это позволяет использовать для расчета коэффициентов тепло- и массообмена ледяной частицы критериальные зависимости, выведенные для свободно падающих капель воды / 118 /: /4, = 2+0,6-/ - (1ЛГ) где 1г и $с, - числа Прандля и Шмидта, соответственно.
За характерный размер принят диаметр капли. Для расчетов можно брать значения установившейся скорости падения капель воды, приведенные в работе / 71 /. Это оправдано, ввиду незначительного начального участка траектории с неустановившейся скоростью падения / 106 /. Капли искусственного дождя уже на первых метрах свободного падения практически достигают значения установившейся скорости.
Экспериментальное исследование процесса замерзания капель воды в потоке воздуха, сравнение теоретических и экспериментальных результатов.
Первые опыты по исследованию процесса замерзания капель воды описаны в работе / 42 /. В сильные морозы (-38,-45С) с высокой башни выбрасывали капли воды различного диаметра. При низкой температуре воздуха и воды капли небольших размеров замерзали до падения на землю, более крупные успевали лишь получить ледяную оболочку и замерзание их заканчивалось уже на земле. В дальнейшем эксперименты с каплями проводились в основном для исследования скорости испарения и механизма образования льда из переохлажденных капель воды / 24,71 /. Последние показали, что температура замерзания капель воды не является постоянной величиной, а зависит от многих факторов: размера капель, скорости охлаждения, присутствия инородных частиц и других.
Замерзание воды происходит путем образования в ней центров кристаллизации, появление которых связано либо с наличием примесей, либо со спонтанным процессом образования льда в воде. При этом вероятность образования центров кристаллизации тем больше, чем больше масса воды. Поэтому малые количества воды легче переохладить до низких температур. Капельки воды диаметром менее 20 мк удавалось переохладить до -41С. Перед опытами по переохлаждению воду тщательно очищали от примесей. В работе Б.П.Вейнберга / 24 / отмечается, что переохлаждение иногда удается достичь с обыкновенной водой на открытом воздухе, но,как правило,такое переохлаждение - случайность. Эксперименты показали, что при медленном охлаждении образование ледяных зародышей происходит, как правило, внутри капли, а при быстром охлаждении замерзание начинается с поверхности. для определения скорости роста ледяной оболочки капли, находящейся в потоке холодного воздуха, нами были проведены специальные эксперименты. Капли воды диаметром от 1,5 до 4,0 мм подвешивались на тонкой нити толщиной 0,1 мм. С каплями более мелкими трудно было оперировать, к тому же возрастала погрешность измерений, а капли большего диаметра, не успев замерзнуть, срывались с нити потоком воздуха. Начальная температура воды равнялась 0С.
Во время экспериментов фиксировали время, в течение которого капли находились в потоке холодного воздуха, затем на фильтровальной бумаге делали сечение капли, фотографировали ее и под микроскопом определяли ее диаметр и толщину ледяной оболочки. При температуре воздуха -12,-13С ледяная оболочка большинства капель появлялась в течение 1-2 с. При небольших скоростях ветра у части капель ледяная оболочка появлялась в течение трех редко четырех секунд. В последнем случае из-за низкой интенсивности тепломассообмена температура капли понижается более медленно и для достижения условий, необходимых для снятия переохлаждения, требуется больше времени. Такое переохлаждение слабо влияет на общий результат теплообмена при температурах воздуха ниже -ЮС, так как перепад между средней за время переохлаждения температурой поверхности капли и температурой атмосферного воздуха понижается незначительно, в противном случае переохлаждение быстро снимается. К тому же запас холода в воде компенсирует часть выделившейся теплоты кристаллизации при снятии переохлаждения.
В ходе экспериментов было проведено порядка 70 замеров. В некоторых случаях результаты измерений контролировались по фотографиям. Наиболее характерные результаты опытов представлены в табл. I.I. Экспериментальные значения радиуса капли, положение фронта кристаллизации, температура и скорость воздуха принимались за исходные параметры при расчетах.
Экспериментальное исследование процесса льдообразования в факеле искусственного дождя
Экспериментальные работы проводились на Полярном Урале в 1978-80 гг. Для намораживания применялся дождеватель ДІЩ-7 О агрегированный с трактором ДТ-74 и создававший на максимальных оборотах расход 65 л/с при сопле диаметром 55 мм (рис. 2.3). После вывода дождевателя на стационарный режим работы высота водяного факела при угле наклона ствола дождевателя к горизонту 38 составила 18 м, а дальность выброса воды по крайним каплям достигала примерно 70-75 м. Типичная картина распределения плотности искусственного дождя при работе с фиксированным положением ствола дождевателя представлена на рис.2.4. Из него видно, что основной объем воды приходится на концевую часть факела. Малое сопло, орошающее в непосредственной близости от дождевателя, было заглушено. В реальных условиях при небольшом ветре или за счет некоторого колебания ствола около положения равновесия распределение плотности дождя в сечении AЛ немного выравнивается. При боковом ветре со скоростью более 2 м/с происходит снос факела, разворот его на некоторый угол относительно ОСИБР И значительный рост по ширине. На рис.2.4а показана траектория полета струи. В районе точки Е от струи начинают отделяться мелкие капли. В вершине траектории происходит разбрызгивание на капли основной части струи, которые оседают в районе CCi . Наиболее крупные капли долетают до границы факела - точка С% . Для дождевателя ДВД-70 концевые капли имеют 1,9-2,9 мм в диаметре и фигурируют в паспорте установки. Дождевальная машина может вести полив как по сектору так и по кругу. В последнем случае для дождевателя ДОН-70 с соплом диаметром 55 мм плотность дождя по технической характеристике составляет 0,4 мм/мин.
Одна из целей экспериментов заключалась в создании за максимально короткий срок ледяной плотины. Площадка для экспериментов находилась на льду озера, толщина которого в этот период составляла 1,7-1,8 м. Намораживание осуществлялось при фиксированном положении ствола дождевателя. Направление скорости ветра во время экспериментов было перпендикулярно траектории полета струи. За сутки при средней температуре воздуха -17С и скорости ветра 5-8 м/с была наморожена левобережная часть плотины высотой 6,8 м (рис.2.5). А вся плотина длиной около 80 м, высотой гребня 6 м и о объемом порядка 6000 м , полностью перекрывшая реку, была наморожена за 42 часа работы дождевателя.
Основная масса плотины состояла из смерзшихся ледяных зерен диаметром порядка 1-2 мм. Часть стекающей гравитационной воды замерзла в теле плотины в виде ледяных корок толщиной до 10 см, образовав армирующий ледяной каркас / 34,37 /. Первое весеннее потепление привело к подъему воды в озере на їм. В дальнейшем эта вода прорвалась под плотиной и образовала короткий высокий паводок. Ниже по течению вода растеклась по пойме шириной до 0,5 км и длиной 3 км и замерзла в виде слоя чистого льда толщиной 20-30 см. После этого плотина еще около месяца служила мостом через реку и была окончательно разрушена только главным пиком половодья с расходом воды 150 м/с / 59 /.
В ходе экспериментов измеряли температуру и влажность воздуха в факеле и вне его, скорость и направление ветра, геометрию факела и параметры его деформации под действием ветра.
Основным параметром, показывающим эффективность процесса льдообразования в факеле, является процентное содержание льда в образующейся водно-ледовой смеси. Этот параметр определялся калориметрическим способом, т.е. измерением теплосодержания смеси в ходе опытов № I, 3-9 (табл.2.2), а также исходя из объема, плотности и влагосодержання образовавшегося массива по завершению экспериментов - опыты I; 2. При первом способе смешивали 0,5 -1,0 кг водно-ледовой смеси с 4-6 литрами воды, нагретой до температуры 25-30С. Быстро размешивали и после таяния льда измеряли температуру воды.
Исследования по интенсификации процесса намора живания льда
В холодильной практике распространены три способа намораживания льда / 48, 116 /: послойное, смешанное и намораживание с использованием ледяных блоков. Два последних способа предусматривают заготовку льда на дополнительных площадках или использование естественного льда водоемов. При этом рост производительности связан с увеличением площади намораживания и дополнительными затратами: использование ледяных блоков в 8-Ю раз, а смешанное намораживание в 2-3 раза дороже способа послойного намораживания льда / 116 /.
Рассмотрим смешанное намораживание льда, которое заключается в укладке слоя кускового льда толщиной 20-30 см, поливке его водой до заполнения всех пустот и последующего промораживания / 48 /. Его преимущество состоит в увеличении производительности намораживания льда за счет ледяной щебенки, заготовленной на дополнительной площадке. К недостаткам надо отнести необходимость значительных затрат на производство ледяной щебенки и снижение интенсивности теплообмена из-за большой толщины промораживаемого слоя и теплоизолирующего влияния верхних кусков льда.
Преимущество смешанного и послойного намораживания можно объединить, если использовать достаточно мелкие куски льда. С этой целью нами были проведены экспериментальные исследования для определения интенсивности замерзания водно-ледовой смеси, образованной из ледяных частиц диаметром до 3 мм. В лоток, заполненный мелко дробленным льдом, добавлялось определенное количество охлажденной до 0С воды. Во время экспериментов измеряли температуру и влажность воздуха, скорость ветра, начальную концентрацию льда, время замерзания и толщину слоя смеси. Результаты экспериментов представлены в табл. 3.1. где FIP) - функция, зависящая от концентрации льда Р в водно-ледовой смеси, и г (Р) =1 при Р =0. Во время экспериментов толщина слоя смеси изменялась от 3 до 7,5 мм. Поэтому величиной OfSj можно пренебречь, тогда уравнение (3.15) при г =0 перепишем в виде r(T.JfAt=34 . (ЗЛ6)
На рис.3.1 представлена зависимость Т[ lo i j/j L от _J , полученная на основе экспериментальных данных при Р =0 (табл.3.Г), которая подтверждает линейный характер зависимости времени замерзания от толщины слоя жидкости при небольших значениях последнего. Используя эту зависимость и формулу (3.16), получим значение эффективного коэффициента теплоотдачи при / = в: 6,,=37,2 Вт/(м К), который учитывает и теплопоток в дно лотка.
Максимальное количество льда в водно-ледовой смеси во время экспериментов составляло 65$. При большей концентрации льда не происходило заполнение всех пустот водой. Этот результат согласуется с данными работы / 17 /, в которой отмечается, что при нерегулярной укладке в состоянии свободной засыпки однородных шаров наиболее вероятное значение пористости 0,38-0,39. Для шаров разной величины значение пористости будет несколько меньше. Поэтому значение Р в формуле (3.17) может меняться от 0 до 0,65. Отметим, что при значительных отрицательных температурах дробленного льда его количество и концентрация должны быть уменьшены, что вызвано возможностью быстрого замерзания части воды при просачивании и образование не заполненных водой воздушных полостей. Некоторый разброс точек на графике (рис.3.2) объясняется разной температурой дробленного льда, которая изменялась от -II до -17С, и колебаниями скорости ветра со средней величиной 2 м/с. Величина коэффициента перед Р в формуле (3.17) больше единицы, что вызвано хладоза-пасом дробленного льда, имевшего в среднем температуру -14С. Исходя из этого, запишем FIP) в виде F(p)=i-KPiJ-c\:4l-Jo)\f, «.is) где С л и і А - теплоемкость и температура дробленного льда; Кр - коэффициент. Сравнивая формулы (3,17) и (3.18) при температуре льда -14С, получим Кр =1,1. Это значение Кр объясняется наличием шероховатой поверхности, которая, согласно формуле (4.16), увеличивает теплообмен с воздухом, и характером процесса замерзания, происходящем во всем слое водно-ледовой смеси при ее толщине меньше I см. При увеличении толщины слоя смеси процесс замерзания будет происходить с поверхности, поэтому, чтобы не завышать интенсивность процесса намораживания, примем при J j см Кр =1. Тогда формула для определения времени замерзания слоя водно-ледовой смеси примет следующий вид 1,0 при J I см Величины «(м и l&t определяются по формуле (3.4). Для инженерных расчетов удобно пользоваться эффективным коэффициентом теплоотдачи L% , область применения которого будет определена в 4.1. В отдельных случаях значение эффективного коэффициента теплоотдачи можно определить на основе простого эксперимента и расчета по формуле (3.16). При этом надо следить, чтобы толщина льда не превышала 0,5 см - условие, при котором формула (3.16) дает хорошую точность.
Влияние снежного покрова на интенсивность намо раживания льда
Процесс опреснения вымораживанием основан на том, что вода, содержащая значительное количество растворимых солей, начинает замерзать и таять при более низкой температуре, чем пресная вода. Поэтому опреснение соленой воды методом естественного вымораживания достигается в процессе замерзания воды и последующего таяния льда. При таянии из массы льда сначала вытекает рассол соленых прослоек, плотность которого больше плотности исходной воды, а затем опресненная вода. При высокой интенсивности намораживания и быстром росте льда растут ветвистые кристаллы, захватывающие большое количество рассола / 6 /. Это связано с тем, что к растущей поверхности фронта отвердевания непосредственно примыкает участок, в котором находится раствор очень высокой концентрации, возникающий в результате выпадения солей из растущей твердой массы. В конечном итоге оказывается, что жидкость непосредственно омывающая намерзающую поверхность имеет более низкую температуру точки замерзания, чем та, которая находится на некотором расстоянии от нее. Плоский фронт отвердевания распадается, от него отходят длинные веточки, стремящиеся достигнуть жидкости, более близкой к замерзанию. Между этими веточками остается раствор высокой концентрации, который, так и не замерзнув, оказывается механически захваченным твердой массой. Таким образом, в результате быстрого охлаждения, сопровождающегося избирательным ростом кристаллов, возникает скелетная структура льда с отдельными участками воды с малой скоростью кристаллизации. Постепенное вымерзание пресной воды в этих участках приводит к образованию капилляров и замкнутых ячеек с рассолом, концентрация которого возрастает до состояния термо-динимического равновесия со льдом при данной температуре. При медленном формировании льда роль избирательного роста кристаллов, вызываемого флюктуациями концентрации, плотности и температуры локальных участков, резко снижается. Происходит только спокойный рост кристаллов, сопровождающийся небольшим захватом рассола, распределенного преимущественно в виде межкристаллических прослоек. При температуре выше -5С во льду с соленостью 35 г/л находится не менее 35% жидкой фазы / 86 /. При более низких температурах ее количество уменьшается, а повышение температуры льда приводит к увеличению жидкой фазы и образованию сквозных капилляров, через которые начинается интенсивная миграция рассола.
Для районов, где среднесуточная температура воздуха зимой ниже -3С, используют бунтовой способ / 15 /. При этом способе опреснения в зимний период производят намораживание бунтов льда, со-лесодержание которого равно солесодержанию исходной воды. За зимний период ледяной бунт нарастает до 2,5-4,0 м. При повышении температуры воздуха до -5С лед нагревается и солевые ячейки его начинают таять, а стекающий рассол отводится из установки. Продолжительность процесса опреснения при температуре воздуха от -5 до -8С составляет 30-35 суток / 88 /. Бунтовый способ опреснения имеет следующие недостатки: а) низкая производительность получения льда тонкослойным наливом, в ходе которого необходимо устраивать большие перерывы для полного замерзания налитой воды, что ведет к удорожанию работ и полной зависимости от низких температур воздуха; б) необходимость устраивать бунты льда высотой менее 5 м, иначе в результате медленного и неравномерного прогревания снижается выход пресной воды; в) низкий выход пресной воды.
Частично недостатки этого способа устранены в способе получения пресной воды из массивов гранулированного мелкозернистого льда, который образуется при разбрызгивании воды на капли, диаметр которых не превышает 30 мк / 6 /. Такой диаметр выбран из расчета, чтобы капли воды полностью замерзали во время падения. При этом соленость льда совпадает с соленостью исходной воды. Весной, при повышении температуры воздуха за счет градиентов концентрации,. плотности и действия гравитационных сил происходит вытекание рассола и опреснение льда. Недостатком этого способа являются недостатки" б" и "в" бунтового способа и увеличение энергозатрат на мелкодисперсное разбрызгивание воды. В результате получается относительно высокая себестоимость опресненной воды.
Вышеуказанные недостатки устраняются при применении факельного метода. Основное его преимущество заключается в возможности получать массивы искусственного фирна, имеющие температуру близкую к температуре замерзания соленой воды. Это позволяет создавать массивы искусственного фирна значительной высоты, которые будут частично опресняться зимой. Намораживание фирновых массивов небольшой высоты до 5-7 м невыгодно, так как процесс опреснения может замедлиться или даже прерваться в результате промерзания массива, который в этом случае надо теплоизолировать.
