Гидродинамическая структура поверхностного слоя на границе раздела «вода-воздух»
Диссертация
Сравнение результатов экспериментальных исследований суммарного потока методом термозондирования со средними теоретическими значениями показывает, что, несмотря на значительные отклонения мгновенных потоков тепла от средних значений (порядка 100%), при усреднении эти результаты хорошо соответствуют друг другу для ситуации, когда температура воды выше температуры воздуха и в воздухе возникает… Читать ещё >
Содержание
- 1. Экспериментальные и теоретические методы исследования тепломассообмена на границе «вода-воздух»
- 1. 1. Общая характеристика процессов тепломассообмена на границе «вода-воздух» и «океан — атмосфера»
- 1. 2. Классическая теория тонкого приповерхностного слоя воды на границе раздела с атмосферой
- 1. 3. Пространственная структура приповерхностного слоя
- 1. 4. Экспериментальные методы исследования тепломассообмена в натурных и лабораторных условиях
- 1. 5. Эмпирические формулы с использованием критериев подобия
- 1. 6. Численное моделирование энергообмена без использования эмпирических предположений и проблемы неодномерной теории приповерхностного слоя
- 2. Термографические исследования температурных полей на поверхности жидкости
- 2. 1. Измерение ИК излучения со свободной поверхности жидкости
- 2. 2. Теоретические модели, описывающие конвекцию вблизи поверхности и возможности использования термографических данных
- 3. Использование теневого фонового метода (ТФМ) для исследования температурных полей в жидкости вблизи границы раздела сред и его применение совместно с термографией
- 3. 1. ТФМ и возможности его применения к задаче исследования тепломассообмена вблизи границы раздела сред
- 3. 2. Экспериментальное исследование поля температур в кювете при различных условиях
- 3. 3. Конвективные течения при больших числах Рэлея — конвекция в бассейне
- 3. 4. Совместное использование ТФМ и термографии
- 4. Использование метода термозондирования для анализа потоков тепла с водной поверхности в лабораторных и натурных условиях
- 4. 1. Обоснование применимости градиентного метода для определения тепловых потоков вблизи поверхности
- 4. 2. Лабораторные исследования возможностей метода термозондирования для определения потоков тепла с водной поверхности
- 4. 3. Натурные исследования различных режимов тепломассообмена в Чёрном море
Список литературы
- Katsaros К. В., Liu W. Т., Businger J. A., Tillman J. A. Heat transport and thermal structure in the interfacial boundary layer measured in an open tank of water in turbulent free convection. // J. Fluid Mech., 1977, V. 83, part 2, P. 311−335.
- Liu W. Т., Katsaros К. В., Businger J. A. Bulk Parameterization of Air-Sea Exchanges of Heat and Water Vapor Including the Molecular Constraints at the Interface. //J. Atmos. Sci, 1979, V. 36, P.1722−1735.
- Tanny J., Cohen S., Assouline S. et al. Evaporation from a small water reservoir: Direct measurements and estimates. // Journal of Hydrology, V. 351, 2008, P. 218- 229.
- Караваева E. В., Ушакова Ю. Ю., Твердислов В. А, Хунджуа Г. Г. Натурные исследования неравновесных процессов на границе море-атмосфера, связанных с экологическими проблемами. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон., 1998, № 4. С 30−33.
- Альтберг В. К., Попов Е. А. Некоторые результаты измерений температуры воды в поверхностных слоях и на глубинах. //Изв. ГГИ, 1934, № 67, С. 27−35.
- Андреев Е. Г., Хунджуа Г. Г. Теплообмен и термическая структура пограничных слоев в структуре море-атмосфера в процессе мелкомасштабного взаимодействия. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон., 1975, № 1, С. 54−59.
- Анисимова Е. П., Белов Ю. Н., Сперанская А. А. О структуре холодной плёнки в пограничном слое вода-воздух. // Изв. АН. СССР. ФАО, 1984, т. 20, № 8. С. 848−853.
- Фёдоров К. Н., Гинзбург А. И. Приповерхностный слой океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1988, 303с.
- Малевский-Малевич С. П. Особенности распределения температур в поверхностном слое воды. В кн.: Процессы переноса вблизи поверхности раздела океан-атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, С. 135−161.
- Панин Г. Н. Тепло- и массообмен между водоёмом и атмосферой в естественных условиях. М.: Наука, 1985, 206 с.
- Репина И. А. Исследование динамических характеристик и температурного режима водной поверхности Каспийского моря.// Метеорология и гидрология. 2000. № 9. С. 63−72.
- Шигаев В. В., Дружинин С. Н., Лебедев В. JI. Исследование температурной поверхностной плёнки по результатам морских наблюдений. // Метеорология и гидрология, 1982, № 5, С. 75−79.
- Шумилов А. В. и др. Процессы обмена на границе океан-атмосфера. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. 205 с.
- Ewing G., McAlister Е. D. On the thermal boundary layer of the ocean. // Science, 1960, V. 131, N3410, P. 1374−1376.
- McAlister E. D., McLeish W. Heat transfer in the top millimeter of the ocean. // J. Geophys. Res., 1969, V. 74, N 13, P. 3408−3414.
- Grass H. The dependence of the measured cool skin of the ocean on wind stress and total heat flux. // Boundary Layer Meteorol., 1976, V. 10, N 4, P. 465−474.
- Katsaros К. B. The aqueos thermal boundary layer. // Boundary Layer Met., 1980, V. 18, N 1, P. 107−127.
- Saunders P. M. The temperature at the ocean-air interface. // J. Atm. Sci., 1967, V. 24, N3, P. 269−273.
- Simpson J. J., Paulson C. A. Small-scale sea surface temperature structure. // J. Phys. Oceanogr., 1980, V. 10, N 3, P. 399−410.
- Гинзбург А. И., Зацепин А. Г., Фёдоров К. H. Тонкая структура термического пограничного слоя в воде у поверхности раздела вода-воздух.// Изв. АН. СССР, ФАО, 1977, Т. 13, № 12, С. 1268−1277.
- Соловьёв А. В., Вершинский Н. В. О тонкой термической структуре поверхностного слоя океана.// Доклады АН. СССР, 1978, т. 240, № 5. С. 10 661 069.
- Хунджуа Г. Г., Андреев Е. Г. О механизме формирования инверсии температуры в тонком приводном слое атмосферы над морем. // ДАН СССР, 1980, т. 255, № 4. С. 829−832.
- Хунджуа Г. Г., Гусев А. М., Андреев Е. Г. и др. О структуре поверхностной холодной плёнки океана и теплообмене океана с атмосферой. // Изв. АН. СССР, ФАО, Т. 13, № 7, 1977, С. 753−758.
- Общая геофизика: учебн. пособие./ Под. ред. В. А. Магницкого. М.: Изд-воМГУ, 1995,317 с.
- Пивоваров А. А. О влиянии проникающей в море солнечной радиации на формирование температуры воды.// Океанология, 1963, № 2. С. 213−218.
- Пивоваров А. А., Анисимова Е. П., Букина Л. А. Суточный ход температуры воды при переменном по глубине турбулентном обмене и объёмном поглощении солнечной радиации. //Вест. Моск. ун-та, 1968, № 2. С. 123−125.
- Ролль Г. У. Физика атмосферных процессов над морем. Л.: Гидрометеоиздат, 1968, 400 с.
- Соловьёв А. В. Тонкая термическая структура поверхностного слоя океана в районе полигона. «ПОЛИМОДЕ-77».// Изв. АН. СССР. ФАО, 1979, т. 15, № 7. С. 750−757.
- Тимофеев М. П. Метеорологический режим водоёмов. Л.: Гидрометеоиздат, 1963, 290 с.
- Хунджуа Г. Г. и др. Тепломассообмен атмосферы с океаном при адвективном тумане. // Препринт № 8. М.: МГУ, 1991.
- Будников А. А. Модель образования слоя инверсии температуры в тонком приводном слое атмосферы. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон., 1982, т. 23, № 4. С 83−85.
- Взаимодействие океана с окружающей средой. Под. ред. проф. А. И. Дуванина. М.: Изд-во МГУ, 1983 г, 215 с.
- Черноусько Ю. Л., Шумилов А. В. Испарение и микроконвекция в тонком поверхностном слое. //Океанология. 1971, Т. 11, № 6, С.982−986.
- Монин А. С., Красицкий В. П. Явления на поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985, 256 с.
- Garret W. A novel approach to evaporation control with monomolecular films. //J. Geophis. Res., 1971, vol. 76, N 21.
- La Мег V., Healy T. Evaporation of water: its retardation by monolayers. // Science, 1965, V. 148, P. 36−41.
- Wu J. Evaporation retardation by monolayers: another mechanism. // Science, 1971, V. 174, P. 283−285.
- Арэ Ф. Э., Толстяков А. Д. Проникновение солнечной радиации в воду.// Метеорология и гидрология. 1969, № 6. С. 58−64.
- Богуславский С. Г., Кузнецов А. С., Богуславский А. С, Иваненко И. К. Формирование термоклина в экваториальной зоне океанов. // Мор. гидрофиз. журн., 2004 г., № 6, С. 10−16.
- Дера Е., Судьбин А. И., Чишек В. Поглощение солнечной энергии поверхностными слоями воды. В кн.: Взаимодействие гидросферы и литосферы в прибрежной зоне моря. София: Изд-во БАН, 1983. С. 101−110.
- Кириллова Т. В. Радиационный режим озёр и водохранилищ. Л.: Гидрометеоиздат, 1970, 253 с.
- Пивоваров А. А. Термика океана. М.: Изд-во МГУ, 1979, 208 с.
- Spangenberg W.G., Rowland W.R. Convective Circulation in Water Induced by Evaporative Cooling. // Phys Fluids, 1961, V.4, N 6, P.743−750.
- Лапшин В. Б., Будников А. А., Караваева Е. В., Панфёров М. В., Сидоренко А. В. Численные эксперименты по исследованию гравитационно-капиллярной конвекции в приповерхностном слое океана.// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон., 2002, № 5. С 65−69.
- Doumenc F., Boeck Т., Guerrier В., Rossi М. Transient Rayleigh-Benard-Marangoni convection due to evaporation: a linear non-normal stability analysis. // J. Fluid Mech, 2010, vol. 648, P. 521−539.
- Иваницкий Г. Р., Деев А. А., Хижняк Е. П. Структуры на поверхности воды, наблюдаемые с помощью инфракрасной техники.// Успехи Физических Наук, 2005, Т. 175, № 11, С. 1207−1216.
- Carlomagno G. M., Cardone G. Infrared thermography for convective heat transfer measurements.// Exp. Fluid., 2010, V. 49, P. 1187−1218.
- Fang C., Ward C.A. Examination of the statistical rate theory expression for liquid evaporation rates. // Rhys Rev E, 1999, V. 59, N 1, P. 441−453.
- Colinet P., Legros J. C., Velarde M. S. Nonlinear dynamics of surface-tension-driven instabilites. Wiley-VCH, 2001, 527 p.
- Merkt D., Bestehorn M. Benard-Marangoni convection in a strongly evaporating field. // Physica D, 2003, V. 185, P. 196−208
- Ozen O, Naraynan R. The physics of evaporative and convective instabilities in bilayer systems: linear theory. // Phys. Fluids, 2004, V. 16, P. 4644−4652.
- Li Z. CFD Simulations for Water Evaporation and Airflow Movement in Swimming Baths // Aalborg Univ. Indoor Environmental Engineering Report for the project «Optimization of Ventilation System in Swimming Bath», 2005, 123p.
- Nunez G. A., Sparrow E. M. Models and solutions for isothermal and non-isothermal evaporation from a partially filled tube. // In J. Heat Mass Transfer- 1988, V. 31, N3,P. 461−477.
- Sparrow E. M, Nunez G. A. Experiments on isothermal and non-isotermal evaporation from partially filled open-topped vertical tubes. // In J. Heat Mass Transfer, 1988, V. 31, N 7, P. 1345−1355.
- Pearson J. R. A. On convective cells induced by surface tension // J. Fluid Mech., 1958, V. 4, P. 489−500.
- Flack K.A., Saylor J.R., Smith G.B. Near-surface turbulence for evaporative convection in the air water interface. // Phys. Fluids, 2001, V. 13, P. 3338−3345.
- Volino R.J., Smith G.B. Use of simultaneous IR temperature measurements and DPIV to investigate thermal plumes in a thick layer cool from above. // Exp. Fluids, 1999, V. 27, P.70−78.
- Yu L., Weller R. A., Sun B. Mean and Variability of the WHOI Daily Latent and Sensible Heat Fluxes at In Situ Flux Measurement Sites in the Atlantic Ocean // Jornal of Climate, 2003, V. 17, P. 2096−2118.
- Wesely M. Heat transfer throught the thermal skin of a cooling pond with waves. // J. Geophys. Res., 1979, V. 84, N C7, P. 3696−3700.
- Неронский JI. Б. Перспективы развития методов и систем радиолокационного наблюдения космического базирования. // Журнал радиоэлектроники, 2011, № 11, 421 100 114 082 (23 с.) http://jre.cplire.ru/mac/nov 11/14/text.pdf
- Minnett P. J., Smith M., Ward B. Measuriments of the oceanic thermal skin effect. // Deep-Sea Research II, 2011, V. 58, P. 861−868.
- Jenkins A. D., Ward B. F simpl model for the short-time evolution of near-surface current and temperature profiles. //Deep-Sea Research II, 2005, V. 52, P. 1202−1214.
- Bukhari Syed J. K., Kamran Siddiqui M. H. Turbulent structure beneath air-water interface during natural convection. // Phys. Fluids, 2006, V. 18, 35 106 (11 p.)
- Bukhari Syed J. K., Kamran Siddiqui M. H An experimental study of the airside flow structure during natural convection. // Phys. Fluids, 2008, V. 20, N122103 (11 p.).
- Магунов А. Лазерная термометрия плазмы, газов и конденсированных сред. Часть 1.// Фотоника, 2010, Т. 3., С. 42−47.
- Coolen М. С. J, Kief* R. N., Rindt С. С. М. et al. Application of 2-D LIF temperature measurements in water using a ND: YAG laser. // Exp. Fluids, 1999, V. 27, P. 420−426.
- Sakakibara J., Adrian R. J. Whole field measurement of temperature in water using two-color laser induced fluorescence. // Exp. Fluids, 1999, V. 26, P. 7−15.
- Bukhari Syed J. K., Kamran Siddiqui M. H. The structure of thermal field underneath an evaporative water surface. // Int. J. Therm. Sci., 2011, V. 50, P. 930 934.
- Carrier W.H., «The temperature of evaporation», ASHVE Trans., 1918, V. 24, P. 25−50.
- Shah M.M. Prediction of evaporation from occupied indoor swimming pools. // Energy and Buildings, 2003, V.35, N 7. P. 707−713.
- Лыков A.B., Михайлов Ю. А. Теория тепло- и массопереноса, Госэнергоиздат., 1963. 535 с.
- Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика 2 ч. М.:Наука, 1967, 720 с.
- Fairall С. W., Bradley Е. F., Hare J. Е. et al. Bulk parameterization of air-sea fluxes: updates and verification for the COARE algorithm. // Journal of Climate, 2003, V. 16, P. 571−591.
- Gulev S. K., Belgaev K. Probability distribution characteristics for surface air-ser turbulent heat at fluxes over the global ocean. // Journal of Climate, 2012, V. 25, N 1, P. 184−206.
- Bowen I.S. The Ratio of Heat Losses by Conduction and by Evaporation from any Water Surface //Phys. Rev., 1926, V. 27, P. 779−787.
- Зельдович Я. Б., Баренблатт Г. И., Либрович В. Г., Махвиладзе Г. М. Математическая теория горения и взрыва. М.:Наука, 1980, 478 с.
- Fluent 6. 2. User s Guide, Fluent Inc.: 2005, 2216 p.
- Уваров А. В., Винниченко H. А., Плаксина Ю. Ю. Исследование энергообмена на границе раздела вода-воздух: теневой фоновый метод и численное моделирование // Ломоносовские чтения 2011. Москва. С. 235−237.
- Гинзбург А. И., Фёдоров К. Н. Охлаждение воды с поверхности при свободной и вынужденной конвекции. // Изв. АН. СССР, ФАО, 1978, Т. 14, № 1,С. 170−178.
- Nield D. A. Surface tension and buoyancy effects in cellular convection. // J. Fluid Mech., 1964, V. 19, P. 341−352.
- Assenheimer M, Steinberg V. Transition between spiral and target states in Rayleigh-Benard convection. //Nature, 1994, V. 367, P. 345−347.
- Плаксина Ю. Ю., Винниченко H. А, Лапшин В. Б., Уваров А. В. Анализ конвективного движения воды и воздуха вблизи границы раздела сред. // Ломоносовские чтения 2012. Москва, С. 126−128.
- Физические величины. Справочник. Под ред. Григорьева И. С., Мейлихова Е. 3. М.: Энергоатомиздат, 1991, 1232с.
- Touazi О., Chenier Е., Doumenc F., Guerrier В. Simulation of transient Rayleigh-Benard-Marangoni convection induced by evaporation. //Int. J. Heat Mass Transfer, V. 53, 2010, P. 656−664
- Лапшин В. Б. Поверхностный микрослой океана. (Физические свойства и процессы). Дисс. докт. физ-мат. наук, М., 1998, 368 с.
- Keane R.D., Adrian R.J. Theory of cross-correlation analysis of PIV images. Appl. Sci. Res., 1992, V. 49, P. 191−215.
- Евтихиева O.A., Расковская И. Л., Ринкевичюс Б. С. Лазерная рефрактография. М.:Физматлит, 2008. 176 с.
- Meier G.E.A. Computerized background-oriented schlieren. // Experiments in Fluids, 2002, V. 33, P. 181−187.
- Vinnichenko N. A., Uvarov A. V., Plaksina Yu. Yu. Accuracy of background oriented schlieren for different background patterns and means of reflection index reconstruction. // Proc. of 15th Int. Symp. Flow Vizualization, 2012, Minsk, Belarus, P 81.
- Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M.: Наука, 1973.
- Попова Е. М., Толкачёв А. В., Скорнякова Н. М. Применение фонового теневого метода для исследования естественной конвекции. Труды VII МНТК «Оптические методы исследования потоков». М.: Изд-во МЭИ, 2003, С. 126 129.
- Hale G. М. and Querry. М. R. Optical Constants of Water in the 200-nm to 200-fim Wavelength Region. // Appl. Opt., 1997 V. 12, P. 555−563.
- Schiebener P., Straub J., Levelt Sengers J. M. H., Gallagher. Refractiv index of water and steam as function of wavelength, temperature and density. // Journal of Physical and Reference Data, 1990, V. 19, N 3, P. 677−718.
- Плаксина Ю.Ю., Аксенов B.H., Андреев Е. Г., Уваров А. В. Использование экспериментальных градиентных методов для определенияпотоков тепла с водной поверхности. Ломоносовские чтения 2011. Москва. С. 224−226.
- Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.:Атомиздат, 1979. 416 с.
- Farahmand К., Kaufman J. W. Experimental Measurement of Fine Thermocouple Response Time in Air. // Exp. Heat Transfer, 2001, V. 14, N 2, P. 107 118.
- Андреев E. Г. Экспериментальное исследование термических процессов вблизи границы раздела море-атмосфера. Дисс. к. ф-м.н. МГУ, физ. фак., М.: 1973, 145 с.
- Андреев Е. Г., Плаксина Ю. Ю., Аксёнов В. Н., Аксёнов С. Н. Вертикальный профиль температуры в пограничных слоях воды и воздуха при свободной и вынужденной конвекции. // Ломоносовские чтения-2009. Москва, С. 220−221
- Плаксина Ю. Ю., Аксёнов В. Н., Андреев Е. Г. Исследования смены режимов тёплой и холодной плёнки в лабораторных условиях.// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон., 2009, № 3. С 117−119.
- Хунджуа Г. Г., Андреев Е. Г., Аксенов В. Н. Режимы тепло- и массообмена между океаном и атмосферой. //Изв. РАН, ФАО, 1997, Т. 33, № 3, С.298−303.
- Аксёнов В. Н, Хунджуа Г. Г., Демчук И. С., Плаксина Ю. Ю. Режимы тепломассообмена между океаном и атмосферой при апвеллинге // Препринт № 11. М.: МГУ, 1999
- Плаксина Ю. Ю., Аксёнов В. Н., Андреев Е. Г. Натурные регистрации смены режимов тепломассообмена между морем и атмосферой в береговой зоне. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон., 2009, № 2. С 117−118.
- Karavayeva Е. V, Ushakova Yu. Yu, Yakovenko L. V. Dynamics of the thin sea-surface layer and its possible impact on ecology. // Sustainable development: system analysis in ecology, 2nd Practical Conference, Ukraine, 1996, P. 67−68.
- Karavayeva E. V, Ushakova Yu. Yu, Yakovenko L. V. Correlation of pH, Ion fractionation coefficients and temperature gradients in the sea thin surface layer. // Annales Geophys., 1996, supp 2, V. 14, P. 446.