Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фразил лед в Йосемитском ручье
Видео с ледяной порослью в национальном парке Йосемити

Фразиловый лед представляет собой набор рыхлых, беспорядочно ориентированных пластинчатых или дискообразных кристаллов льда, образующихся в переохлажденной турбулентной воде. [1] Его формирование обычно происходит зимой в реках и озерах, расположенных в северных широтах , и обычно образуется в открытых участках рек, где и когда теплообмен между воздухом и водой таков, что температура воды может опускаться ниже его температура замерзания (в реках обычно не ниже -0,1 ° C). Как показывает практика, такие условия могут происходить в холодные и ясные ночи, когда температура воздуха ниже –6 ° C (21 ° F). Шуга также образуется в океанах, где часто упоминаются как смазочный лед , когда плавающие на поверхности.

Лед Frazil известен тем, что блокирует водозаборники [2] [3] [4], так как кристаллы накапливаются и накапливаются на приемной решетке для мусора . Такие засоры отрицательно сказываются на объектах водоснабжения, гидроэлектростанциях, объектах атомной энергетики и судах, плавающих в холодных водах, и могут привести к неожиданным остановам предприятия или даже к обрушению мусорной корзины.

Формирование [ править ]

Лед Frazil течет в устье реки Бланда в Исландии

Когда поверхность воды начинает быстро терять тепло, вода становится переохлажденной. Турбулентность , вызванная сильным ветром или потоком из реки, перемешает переохлажденную воду по всей ее глубине. Переохлажденная вода уже будет способствовать образованию мелких кристаллов льда (ледяной фрезил), и кристаллы попадут на дно водоема. Лед обычно плавает, но из-за небольшого размера рыхлого льда относительно скорости течения он имеет неэффективную плавучесть и его очень легко унести на дно.

Благодаря процессу, называемому вторичным зародышеобразованием , количество кристаллов быстро увеличивается, и из-за переохлаждения окружающей среды кристаллы будут продолжать расти. Иногда концентрация достигает одного миллиона кристаллов льда на кубический метр.

По мере увеличения количества и размера кристаллов ледяной осколок начинает прилипать к объектам в воде, особенно если сами объекты имеют температуру ниже точки замерзания воды. Накопление рыхлого льда часто вызывает затопление или повреждение таких объектов, как мусорные баки . Поскольку рыхлый лед находится ниже поверхности воды, его образование трудно обнаружить.

Обычно происходит то, что ледяная стружка накапливается на стороне выше по потоку от объектов и прилипает к ним. Лед накапливается по мере того, как откладывается все больше. Рост будет распространяться вверх по течению и увеличиваться в ширину до точки, где скопления осколочного льда соединяются вместе и блокируют воду. По мере того, как все больше и больше воды течет по этому блоку, давление на стороне входа увеличивается и вызывает перепад давления (разность давлений на стороне входа и стороны выхода). Это приведет к расширению моста вниз по течению. Как только это произойдет, вероятно затопление и повреждение, если не будет предотвращено иное.

Было также продемонстрировано, что лед Frazil формируется под ледниками умеренного (или «теплого» климата), поскольку вода быстро течет вниз по склону и переохлаждается из-за быстрой потери давления. Этот процесс «гляциогидравлического переохлаждения» формирует открытую сеть пластинчатых кристаллов льда, которые могут эффективно улавливать ил из насыщенной отложениями воды, протекающей под ледниками и ледяными щитами. Последующее замерзание и перекристаллизация могут привести к образованию слоя льда, богатого наносами, у основания ледника, который после таяния на краю может привести к значительному накоплению наносов в моренах . Это явление было подтверждено повышенными концентрациями трития, полученного при испытаниях ядерного оружия. и поэтому почти полностью отсутствует во льду, замороженном до 1945 года - в базальном льде нескольких ледников (что означает молодой лед) и наблюдении быстрого роста кристаллов льда вокруг выходных отверстий на концах ледников.

Контроль [ править ]

Есть несколько способов контролировать нарастание льда. Они включают подавление, механический контроль, контроль температуры, вибрацию, выбор материалов и уменьшение повреждений.

Подавление [ править ]

В переохлажденной воде образуется ледяной фрезил, что происходит из-за того, что поверхностная вода теряет тепло в пользу более прохладного воздуха. Подавление - это идея «изолировать» поверхностные воды неповрежденным, стабильным ледяным покровом. Ледяной покров предотвратит потерю тепла и согреет переохлажденную воду, которая, возможно, уже образовалась. Чтобы этот метод работал, необходимо покрыть достаточную площадь, но до сих пор неизвестно, что подразумевается под «достаточным». Река Святого Лаврентия явно управляется для создания «условий течения, которые помогают формировать устойчивый ледяной покров» для предотвращения образования рыхлого льда и последующих ледяных заторов . [5]

Механическое управление [ править ]

Эти методы включают в себя стабилизацию замерзания без ограничения потока воды, такие как установка плотин и ледяных заграждений, установка водяных струй для разрушения любых скоплений, которые могут возникнуть, и использование ручного труда для удаления скоплений. Этот последний метод часто не является предпочтительным из-за высоких затрат на рабочую силу, холодных, влажных и поздних ночных условий труда. Обратная промывка - это еще одна технология, в которой используется идея устранения перепада давления, вызванного скоплением льда. Эта технология создает высокое давление на стороне выхода объектов, чтобы изменить перепад давления.

Температурный контроль [ править ]

Эти методы либо нагревают конструкции в воде, чтобы предотвратить прилипание кускового льда, либо нагревают воду, чтобы в первую очередь предотвратить образование обледенения. При обогреве конструкции ее необходимо нагреть до температуры выше точки замерзания. Было обнаружено, что электрические резистивные нагреватели работают хорошо, но у них есть потенциальные проблемы с безопасностью. Установка полых трубок в конструкции, через которые перекачивается пар или теплая вода, также работает, но было замечено, что этот метод вызывает эксплуатационные проблемы. [ требуется дальнейшее объяснение ]Также доступны другие активные методы. Иногда побочные продукты теплой воды сбрасываются из близлежащих объектов водоснабжения, а теплая вода расходуется впустую. Перенаправление этой воды в районы потенциального скопления осколочного льда может повысить температуру воды на 0,1–0,2 ° C (0,18–0,36 ° F), что часто достаточно для предотвращения образования переохлажденной воды.

Вибрация [ править ]

Хотя взрывчатка с динамитом все еще находится на экспериментальной стадии, это одна из форм контроля вибрации, позволяющая разрушить любые скопления осколочного льда. Заряд должен быть точным, чтобы лед треснул, но при этом не пострадали окружающие конструкции и окружающая среда. Безопасность взрывов также важна, и близлежащие жители могут жаловаться на звуковое загрязнение. По всем этим причинам этот метод используется нечасто, за исключением крайней необходимости.

Выбор материалов [ править ]

Искусственные сооружения часто являются объектами, к которым прилипает рыхлый лед. Таким образом, при выборе материалов для этих конструкций следует учитывать адгезию льда . Стальные конструкции, например, ржавеют , а сцепление ржавчины со льдом очень сильное. Выбор материала с более низкой адгезией, такого как пластик , стекловолокно , графит или даже покрытие стали эпоксидной краской, снизит вероятность адгезии. Хотя адгезия все равно будет происходить, использование таких материалов упрощает другие методы, такие как сгребание.

Снижение ущерба [ править ]

Ущерб можно уменьшить, защитив обозначенные районы наводнения механическими сооружениями.

См. Также [ править ]

  • Смазать лед

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дейли, Стивен Ф. (1994). Репортаж о Frazil Ice . Лаборатория исследования и проектирования холодных регионов.
  2. ^ Ричард, Мартин; Морс, Брайан (2008-07-01). «Множественные завалы льдом на водозаборе реки Св. Лаврентия». Наука и технологии холодных регионов . 53 (2): 131–149. DOI : 10.1016 / j.coldregions.2007.10.003 . ISSN 0165-232X . 
  3. ^ Дейли, Стивен Ф .; Эттема, Роберт (август 2006 г.). «Фразилская ледяная блокировка водозаборов в Великих озерах». Журнал гидротехники . 132 (8): 814–824. DOI : 10,1061 / (ASCE) 0733-9429 (2006) 132: 8 (814) . ISSN 0733-9429 . 
  4. ^ Дейли, Стивен Ф. (1991). Засорение приемных стоек для мусора из-за льда Frazil . Лаборатория исследования и проектирования холодных регионов.
  5. ^ Международное озеро Онтарио - Совет реки Святого Лаврентия (25 мая 2018 г.). Наблюдаемые условия и регулируемый отток в 2017 г. (PDF) . Международная совместная комиссия . п. 21 . Дата обращения 3 мая 2019 .
  • Дэли, Стивен Ф. Технический дайджест Холодного региона № 91-1 «Фрезил ледяная закупорка приемных полок для мусора». Март 1991 г. https://web.archive.org/web/20120417211939/http://www.crrel.usace.army.mil/library/technicaldigests/CRTD91_01.pdf
  • Лоусон, Д.Е., Штрассер, Дж.К., Эвенсон, Э.Б., Элли, Р.Б., Ларсон, Г.Дж., и Арконе, С.А., 1998, Глациогидравлическое переохлаждение: механизм создания стратифицированного, богатого мусором базального льда: I. Полевые свидетельства: Journal of Glaciology , т. 44, вып. 148, стр. 547–562.

Внешние ссылки [ править ]

  • Видео, Заметки о природе Йосемити Эпизод 9: Фразил Айс