Энергетическое равновесие в луже
Величина испарения массового потока зависит от температуры лужи, которая предполагает быть пространственно однородной. Температуры лужи могут увеличиваться или уменьшаться с течением времени в зависимости от величины и шести источников энергии, в ALOHA:
• чистого коротковолнового солнечного потока в луже, 
;
• потока длинноволнового излучения из атмосферы, 
;
• потока длинноволнового излучения в атмосферу, 
;
• теплообмена с поверхностью, теплопроводности, 
;
• потока явного тепла из атмосферы, 
; и
• тепла, теряемого из лужи при охлаждении, 
.
Приток энергии в лужу и из нее может либо увеличить, либо уменьшить температуру лужи, 
,как описано в
где
— плотность жидкости,
— глубина лужи, и
— тепловая мощность жидкости (Дж 
).
3.3.3.1 Солнечное излучение, 
Солнечное излучение, поток солнечного коротковолнового излучения в верхней части атмосферы, в среднем составляет около 1,368 Вт 
(Лиде 1993). Чистая пропускаемость атмосферы — это часть солнечного излучения, которая достигает поверхности земли. Облака и атмосферные частицы отражают и поглощают часть солнечного излучения до того, как оно достигнет поверхности земли. Фрау et al. (Фрау et al. 1989) сообщил, что максимальный солнечный поток, достигающий поверхности в континентальных и морских районах, колеблется от 1,090 до 1,130 м-2, указывая, что пропускаемость атмосферы в этих местах колеблется от 80 до 83 процентов.
|
|
|
ALOHA оценивает поток солнечного излучения, который достигает земли в месте, с учетом степени облачности, времени и даты (Рафаэль 1962), как
где 
— индекс облачности (дробная часть неба, покрытая облаками в масштабе от 0 до 10), а
— это солнечная высота (угол солнца над местным горизонтом).
Эта формула включает коррекцию для доли солнечного излучения, которая отражена обратно в атмосферу на основе средней величины альбедо Земли. ALOHA вычисляет солнечную высоту как функцию широты, долготы, времени суток и юлианского дня года. ALOHA приблизительно соответствует солнечному излучению на момент выпуска
3.3.3.2 Длинноволнового излучения, 
и 
Любая разница в температуре, которая существует между этой лужей и атмосферой, может привести к чистой потере или притоку энергии за счет передачи энергии на энергию. Лучевая (длинная длина волны) основана на норме радиационного права Стефана-Больцман
Где
-коэффициент излучения лужи (устанавливается равным значению воды = 0, 97)
–константа Стефана Больцмана (= 5,67 x 
Вт 
).
ALOHA использует следующее уравнение, разработанное Thibodeaux (ref. 1979) для оценки длинноволнового излучения вниз от атмосферы в луже:
|
|
|
Где
r- коэффициент отражения поверхности от длинноволнового излучения (устанавливается на уровень воды = 0, 03),
-температура воздуха
B-фактор атмосферного излучения, который является функцией частичного давления водяного пара, 
(Па) и облачного покрытия:
В таблице 8. Коэффициенты излучения в качестве функции индекса облачности
| C I | a | b 106 |
| 0 | 0.740 | 44.3 |
| 1 | 0.750 | 44.3 |
| 2 | 0.760 | 44.3 |
| 3 | 0.770 | 44.2 |
| 4 | 0.783 | 40.7 |
| 5 | 0.793 | 40.5 |
| 6 | 0.800 | 39.9 |
| 7 | 0.810 | 38.4 |
| 8 | 0.820 | 35.4 |
| 9 | 0.840 | 31.0 |
| 10 | 0.870 | 26.6 |
Парциальное давление воды в атмосфере, (Па), может быть получено из относительной влажности RH, температуры воздуха, 
,
3.3.3.3 Теплообмен с поверхностью, 
Поверхность, будь то грунт или вода, может быть большим источником тепловой энергии для лужи. Для оценки значения параметра "ALOHA" требуется начальное значение температуры грунта или воды, 
. Это должно быть величиной температуры, достаточной ниже поверхности, на которой температура относительно не влияет на ежедневную динамику солнечного излучения, а не на температуру поверхности. Если известен или подозревается общий диапазон температуры поверхности, выбор относительно высокой величины в пределах этого диапазона представляет собой консервативный выбор, поскольку он может привести к более высокой оценке потоков испарения. В большинстве случаев, как ожидается, неточности в нескольких градусах в любом направлении в расчете на , как предполагается, не будут иметь никаких последствий для прогнозируемых коэффициентов испарения.
|
|
|
Разливы на воды
ALOHA может моделировать нерастворимые плавучие жидкости, пролитые на воду, теплее, чем 5 °C. В тех случаях, когда температура в луже больше, чем базовая вода, при этом игнорируется тепловой поток воды. Это упрощение приводит к увеличению коэффициентов испарения, однако этот эффект, как правило, является кратковременным, поскольку охлаждение испарения зачастую быстро снижает температуру влаги до уровня воды.
В тех случаях, когда температура в луже меньше, чем температура воды, тепловая энергия течёт из воды в лужу. Теплообмен на конвекции может генерировать большой устойчивый тепловой поток. Моделирование процесса конвекции в водной толще выходит за рамки ALOHA, поэтому простая эмпирическая модель используется для оценки теплопередачи на основе температурной разницы между водой и лужей 
. Модель была предложена Вебером (Уэббер 1991) и соответствует измеренным результатам для Бутана по воде:
|
|
|
Разливы на суше
Тепловой обмен между лужей и твердой поверхностью ограничивается тепловым потоком на поверхности и описывается законодательством Фурье,
где 
является теплопроводность грунта.
Температурный градиент-это функция времени и найдена путем решения уравнения теплоотвода для земной температуры,
где 
-тепловой коэффициент диффузии грунта. Земля представляет собой плиту конечной толщины, бесконечную в горизонтальных направлениях. Толщина плиты основана на оценке глубины, на которой температура влияет на лужу. Предположим, что грунт первоначально находится в однородной температуре, поверхность раздела с лужей находится при температуре лужи, а другая поверхность находится в начальной температуре. Уравнение теплопроводности имеет простое аналитическое решение функции ошибки, когда температура лужи постоянна; однако, когда температура лужи изменяется со временем, решение становится более сложным, поэтому уравнения теплопроводности и выражения теплового потока решаются численно с использованием метода конечных разностей вперед с шагом.
Расстояние между узлами корректируется для обеспечения цифровой стабильности, минимизации числовых ошибок и управления временем вычислений. Для обеспечения численной стабильности необходимо соблюдение следующих условий:
Глубина, на которой повлияла температура грунта, приблизительно соответствует глубине, при которой температура грунта меняется на один градус после одного часа, предполагая постоянную температуру в луже. Если первоначальная разница в температуре между лужи и землей мала, то для оценки уязвимости используется минимум 20 °C.
Сравнение этой модели теплопередачи и экспериментальных данных позволяет предположить, что для эффективной теплопроводности почв (не и шоу 1980) необходим поправочный коэффициент. Эффективная теплопроводность, как представляется, в 9 раз превышает измеряемые значения для почв.
В таблице 9. Тепловые свойства твердых поверхностей с применением поправочного коэффициента (не и шоу 1980).
| Thermal Conductivity (Wm-1 K-1) | Thermal Diffusivity (m2 s-1) | |
| Dry Sandy Soil | 2.34 | 1.74 x 10-6 |
| Concrete | 8.28 | 3.74 x 10-6 |
| Default Soil | 8.64 | 4.13 x 10-6 |
| Moist Sandy Soil | 5.31 | 3.02 x 10-6 |
Испарения теплового потока
Испарения теплового потока, (Дж ), представляет собой эффект охлаждения испарений лужу. После того, как средняя испарений потока, 
подсчитано, ALOHA оценкам как = 
, где (Дж ) является конкретной скрытая теплота парообразования для химического вещества при температуре лужу.
Реальный тепловой поток
Реальны тепловой поток, , является тепловым поведением в воздухе или с воздуха в результате температурных различий между лужей и воздухом над ней (Брайтон 1985, 1990), и описывается как
Где
- плотность воздуха (кг 
),
- тепловая мощность воздуха (Дж ), приблизительно в качестве постоянного 1,004 Дж и
- это разумный коэффициент теплопередачи = 
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 259; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!