Фразил Айс - Frazil ice

Видео о frazil ice in Йосемитский национальный парк

Фразил Айс представляет собой набор рыхлых, беспорядочно ориентированных, пластинчатых или дискоидных кристаллы льда образуется в переохлажденной турбулентной воде.^[1] Его образование обычное дело зимой в реках и озерах, расположенных на севере широты, и обычно образуется в открытых водах рек, где и когда теплообмен между воздухом и водой таков, что температура воды может опускаться ниже точки замерзания (обычно не ниже -0,1 ° C в реках). Как показывает практика, такие условия могут происходить в холодные и ясные ночи, когда температура воздуха ниже –6 ° C (21 ° F). Фразиловый лед также образуется в океанах, где его часто называют смазывать лед при плавании на поверхности.

Лед Frazil известен тем, что блокирует водозаборы ^[2]^[3]^[4] поскольку кристаллы накапливаются и накапливаются при приеме корзина 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 объекта или даже к обрушению мусорки.

Формирование

Фразил лед течет в устье река Бланда в Исландия

Когда поверхность воды начинает быстро терять тепло, вода становится переохлажденной. Турбулентность, вызванные сильным ветром или потоком из реки, перемешивают 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 текущей скорости он неэффективен. плавучесть и очень легко переносится на дно.

Через процесс, называемый вторичная нуклеация, 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 того как количество и размер кристаллов увеличиваются, ледяной осколок начинает прилипать к объектам в воде, особенно если сами объекты имеют температуру ниже точки замерзания воды. Накопление рыхлого льда часто вызывает наводнение или повреждение таких предметов, как стеллажи для мусора. Поскольку рыхлый лед находится под поверхностью воды, его образование трудно обнаружить.

Обычно на поверхности скапливается ледяной лед. вверх по течению сторона предметов и прилипает к ним. Грязный 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 перекрывают 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.

Также было показано, что лед Frazil формируется ниже умеренного (или «теплого») климата. ледники так как вода быстро течет вниз и переохлаждается из-за быстрой потери давления. Этот процесс «гляциогидравлического переохлаждения» формирует открытую сеть пластинчатых кристаллов льда, которые могут эффективно улавливать ил из насыщенной наносами воды, которая течет под ледниками и ледяными щитами. Последующее замерзание и перекристаллизация могут привести к образованию слоя льда, богатого наносами, у подножия ледника, который после таяния на краю может привести к значительному накоплению отложений в морены. Это явление было подтверждено повышенными концентрациями тритий - произведено испытания ядерного оружия и поэтому почти полностью отсутствовали во льдах, замороженных до 1945 года - в базальных льдах нескольких ледников (что означает молодой лед) и наблюдении быстрого роста кристаллов льда вокруг выходных отверстий на концах ледников.

Контроль

Есть несколько способов контролировать нарастание льда. Они включают в себя подавление, механическое управление, терморегулирование, вибрацию, выбор материалов и уменьшение повреждений.

Подавление

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 уже образовавшуюся переохлажденную воду. Чтобы этот метод работал, необходимо покрыть достаточную площадь, но до сих пор неизвестно, что подразумевается под «достаточным». В Река Святого Лаврентия явно управляется для создания «условий потока, которые помогают сформировать устойчивый ледяной покров» для предотвращения образования рыхлого льда и последующего ледяные пробки.^[5]

Механическое управление

Эти методы включают стабилизацию замерзания без ограничения потока воды, например, применение плотины и ледовые боны, установка струи воды чтобы разбить любое накопление, которое может произойти, и с помощью ручного труда сгребать накопление. Этот последний метод часто не является предпочтительным из-за высоких затрат на рабочую силу, холодных, влажных и 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 для изменения перепада давления.

Температурный контроль

Эти методы либо нагревают конструкции в воде, чтобы предотвратить прилипание кускового льда, либо нагревают воду, прежде всего, для предотвращения образования обледенения. При обогреве конструкции ее необходимо нагреть до температуры выше точки замерзания. Электрические нагреватели сопротивления было установлено, что они работают хорошо, но они могут иметь 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 поднять температуру воды на 0,1–0,2 ° C (0,18–0,36 ° F), часто достаточно, чтобы предотвратить образование переохлажденной воды.

Вибрация

Хотя все еще на экспериментальной стадии, взрывные работы динамит это одна из форм контроля вибрации, которая поможет избавиться от любых скоплений льда. Заряд должен быть точным, чтобы лед треснул, но окружающие конструкции и окружающая среда не пострадали. Безопасность взрывов также важна, и близлежащие жители могут жаловаться на звуковое загрязнение. По всем этим причинам этот метод используется нечасто, кроме как в крайнем случае.

Подбор материалов

Искусственные сооружения часто являются объектами, к которым прилипает рыхлый лед. Таким образом, выбор материалов для этих конструкций должен включать рассмотрение льда. адгезия. Стали структуры, например, будут ржавчина, и адгезия ржавчины к льду очень сильная. Выбор материала с более низкой адгезией, например пластик, стекловолокно, графит или даже эпоксидная смола лакокрасочное покрытие на стали снизит вероятность адгезии. Хотя адгезия все равно будет происходить, использование таких материалов упрощает другие методы, такие как сгребание.

Снижение ущерба

Ущерб можно уменьшить, защитив обозначенные районы наводнения механическими сооружениями.

Смотрите также

Смазать лед

внешняя ссылка

Видео, Заметки о природе Йосемити Эпизод 9: Фразил Айс

[1] Дейли, Стивен Ф. (1994). Отчет о Frazil Ice. Лаборатория исследования и проектирования холодных регионов.

[2] Ричард, Мартин; Морс, Брайан (1 июля 2008 г.). «Множественные завалы льдом на водозаборе реки Св. Лаврентия». Наука и технологии в холодных регионах. 53 (2): 131–149. Дои:10.1016 / j.coldregions.2007.10.003. ISSN 0165-232X.

[3] Дэли, Стивен Ф .; Эттема, Роберт (август 2006 г.). «Фразилская ледяная блокировка водозаборов в Великих озерах». Журнал гидротехники. 132 (8): 814–824. Дои:10.1061 / (восхождение) 0733-9429 (2006) 132: 8 (814). ISSN 0733-9429.

[4] Дейли, Стивен Ф. (1991). Блокировка приемных ящиков для мусора Frazil Ice. Лаборатория исследования и проектирования холодных регионов.

[5] Международное озеро Онтарио - Правление реки Святого Лаврентия (25 мая 2018 г.). Наблюдаемые условия и регулируемый отток в 2017 г. (PDF). Международная совместная комиссия. п. 21 год. Получено 3 мая 2019.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]