热性能

在所有聚合材料,热性能雪取决于微观结构;对于雪这反映了在晶体类型,晶体组织,和连接。因为雪经过变质作用与时间和环境条件,其热性能也发生了变化。虽然和泉的测量和Huzioka(1975)证实,变质作用诱发各向异性的物理性质,没有定量分析可以预测基于微结构的热性能。安诺和Colbeck(1995)给历史的角度来看,一个有用的总结雪试图定量地预测材料性能的微观结构的基础上,得出结论,直到改进制造雪几何特征的能力,小的进展是可能的。因此,有一个贫穷的物理理解几何微观结构对聚合性能的影响。热的最有用的估计日期属性的雪基于宏观测量总,然后相关的雪类型和密度和粒度等物理特性。

热导率

的导热介质控制热量的速度将介质中的传输。在一维热通量的一个点是由傅里叶方程F是流量,keff导热,T是温度,x是沿流动方向的空间坐标。导热系数的测量雪包括热传导的影响通过连接谷物和空气空间,随着“白刃战的“转移水蒸气的潜热。在这个过程中,蒸汽从温暖的冰颗粒升华时,通过孔隙空间扩散,凝结在冷谷物。有了这一份了解,keff如上定义实际上是一个“有效的”热导率包括热量和蒸汽的扩散运输过程。辛格(1999)表明,温度高达-10°C和接近熔点,深度灰白色的有效导热系数可以由于蒸汽运输的一半至三分之二。雪的更高的密度和更大的债券,可能大部分的有效电导率是由于传导通过冰。辛格还提到显著增加导热系数与水含量增加。Sturm和约翰逊(1992)导热系数的测量深度灰白色的编译并添加这些测量Mellor (1977)。图2.10图由Sturm编译和约翰逊(1992),描绘了测量热导率的雪的函数雪密度。这里,Sturm的早期测量和约翰逊都换成了二次曲线从Sturm et al .(1997),基于大约500新的导热系数的测量。尽管增加导热系数随着密度的一般趋势是明确的,有广泛的散点图中由于微观结构和温度的变化。对于一个给定的密度,Sturm等等。由其他人(1997)编制的测量的标准差为0.1 W m - 1 k - 1,和自己的测量标准偏差比这少。

的比热的雪反映出的能量,必须放在一个单元的雪为了改变其温度。因为雪是一个集团的冰、空气和液体水的比热的加权平均计算部分:

比热

cp、s - (+ Pi@icp Pa acp美元,我+ PAcp£) / Ps,

图2.10。雪雪的有效导热系数与密度(Sturm和约翰逊,1992,修改。1992年美国地球物理学联合会出版。复制/修改权限的美国地球物理联盟)。

cp, s是雪的比热,cp,一是空气的比热(J = 1005公斤k - 1), cp我是吗比热的冰(cp ^ = 2114公斤k - 1)是水的比热(J = 4217公斤k - 1)和0 k是组成的体积分数。值给出具体的加热是在0°C和1大气的压力。因为组成特定的加热温度的依赖,比热的雪有一个轻微的温度依赖性。

2.3.2 Advective-diffusive传热

预测在雪的传热介质,ice-vapor-air-liquid水系统被认为是在颗粒尺度的热平衡和更少。热传输发生对流和扩散过程:

Ps cp, s + $ Pkcp k vk dx = dx

其中t是时间,vk是流体的流速k (a =空气、t =水),和q热源项。如果没有流体(空气或水)通过雪流,能量传递是通过简单的热传导。源项包括潜热效应:

当水是流体流经雪,点燃的熔化潜热和S melt-freeze相变源项。当流体通过雪是空气,S是蒸汽源项和丽芙·升华热。

对于传热,热蒸汽运输的影响更明显干雪比在湿雪。干雪,水蒸气运输通过描述的雪是第一项第一项d d t d d x

pv水蒸气密度,弗吉尼亚州(通风)的气流速度,Ds是蒸汽流的扩散系数在雪,和S水汽的来源是由于相变,增强气流通过的雪吗

h是在哪里传质系数,是雪的比表面和Pv,坐的是饱和蒸汽密度。

艾伯特和McGilvary(1992)证明传热与蒸汽运输很重要的总体温度曲线的确定通风雪样本,但主要温度效应是由平衡控制的热量由干燥的空气流过的雪和热传导边界的温度。雪对气流的相对热响应(平流)和对温度梯度(传导)的特点是沛克莱数:

keff Ax特征距离的地方。体育数字对应于低热量conduction-controlled温度资料,而体育数字大于1

-25 -20 -15 -10 -25 -20 -15 -10 0 5 0

温度(°C)

图2.11。(一)-雪温度概要文件每隔6小时6 1987年2月在汉诺威,NH,主要是明确和平静的一天。(b)一样(a),除了在1900年2月9日人力资源风速是7 m s - 1。这条曲线的比较,在1800年2月6日人力资源展示windpumping的影响。

-25 -20 -15 -10 -25 -20 -15 -10 0 5 0

温度(°C)

图2.11。每隔6 h (a)在雪温度资料6 1987年2月在汉诺威,NH,主要是明确和平静的一天。(b)一样(a),除了在1900年2月9日人力资源风速是7 m s - 1。这条曲线的比较,在1800年2月6日人力资源展示windpumping的影响。

对应于平流概要文件。高孔隙度雪等新鲜的雪或灰白色,热导率非常低,气流通过与Pe雪会引起advection-controlled温度资料> 1。这是在现场试验(艾伯特与哈代,1995),温度直接影响通风流动诱导时出现在自然季节性雪。为低孔隙度、高电导率雪,如wind-packed雪或积雪,导热系数足够高,Pe数几乎总是低在自然条件下,使它可能温度曲线将主要由导热概要,尽管可能会有明显的气流通过雪(Albert McGilvary, 1992)。

例如观察热影响的季节性积雪,我们比较白天的温度概要文件为平静和有风的天在50厘米深的积雪在汉诺威,NH(乔丹et al ., 1989)在1987年的冬天。图2.11显示了2月6日资料,当风速很少超过1 ms-1和晴朗的天空盛行的一天。夜间的放射科损失和白天太阳能收益主要地表能量收支和大幅波动引起的温度在20厘米的积雪。这样的昼夜温度模式是典型的温带雪覆盖了体验阳光充足的条件和大气湍流交换的。

相比之下,图2.11 b显示了一个温度曲线相同的积雪在1900小时1987年2月9日,当风速7 ms-1。的凹形状轮廓,相比之下,在1800年2月6日人力资源的凸形状,通过windpumping是对流传热的一个例子。在这两周的数据集,凹侧面始终伴随着更高的风速(约旦和戴维斯,1990)。艾伯特与哈代(1995)目前的建模和测量雪的温度,清晰地描绘出热通风季节性积雪光的影响。新鲜的季节性积雪的导热系数低的能力相比雪用平流输送热量通过间隙空气的流动。这与wind-packed雪和极地冰原,那里的温度通常是由传导概要即使通风发生(Albert McGilvary, 1992)。惰性在极地环境示踪气体测量表明,自然通风可以发生数十厘米深处米极地雪,积雪甚至在windpack(阿尔伯特·舒尔茨,2002)。

通风影响的两个测量化学(Albert et al ., 2002)和热性能的测量雪。例如,Sturm et al。(2002)显示导热系数值从测量温度资料推断在白雪覆盖的海冰示巴实验(北冰洋表面热量平衡)高于测量针探针在同一地点。约旦等等。(2003)提出,对流热传输通过windpumping也许可以解释这种差异表明,大风(> 10 m s - 1)可以穿透密集,wind-packed雪海冰10或20厘米深。进一步调查需要参数化windpumping的影响,以及可能的其他多维传热机制为一维模型。

继续阅读:饱和或onephase流

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