- Артикул:00812322
- Автор: Винников С. Д.
- ISBN: 978-5-86813-242-1
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: РГГМУ (все книги издательства)
- Город: СПб
- Страниц: 430
- Год: 2009
Развернуть ▼
Рассматриваются наиболее важные аспекты молекулярной физики воды в трех ее агрегатных состояниях, основные физические свойства воды, льда, снега, основные положения теплообмена применительно к задачам гидрологии, а также различные физические процессы и явления, протекающие в воде, льде, снеге и почвогрунте. Излагаются методы теплотехнических расчетов водоемов и водотоков.
Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Гидрология". Также он может быть полезен специалистам, работающим в областях, связанных с изучением, проектированием и эксплуатацией водных объектов и гидротехнических сооружений.
The most vital aspects of molecular physics of water in its solid, liquid and gaseous states are considered including basic physical properties of water, ice and snow, as well as conceptual issues of heat exchange with reference to hydrology problems, various physical processes and phenomena occurring in water, ice, snow and soil. Methods of thermotechnical calculation of waterbodies and watercourses are presented.
The textbook is addressed to university students specializing in Hydrology, and it can also be useful to the experts dealing with research, design and operation of waterbodies and hydraulic engineering constructions.
Содержание
Предисловие
Условные обозначения
Введение
Глава 1. Молекулярная физика воды в трех ее агрегатных состояниях
1.1. Общие сведения
1.2. Строение молекулы воды
1.3. Понятие о молекулярно-кинетической теории вещества и воды
1.4. Структура воды в трех ее агрегатных состояниях
Глава 2. Основные физические свойства воды, водяного пара, льда, снега
2.1. Физические свойства воды
2.2. Аномальные свойства воды
2.3. Физические свойства водяного пара в атмосфере
2.4. Физические свойства льда
2.5. Физические свойства снега и снежного покрова
Глава 3. Основные положения теплообмена
3.1. Теплота. Температурное поле. Градиент температуры
3.2. Тепловой поток. Коэффициент теплопроводности
3.3. Теплопередача и теплоотдача
3.4. Количественная оценка конвективной теплоотдачи
3.5. Количественная оценка лучистого теплообмена
3.6. Количественная оценка теплоты при изменении агрегатного состояния вещества
3.7. Количественная оценка теплопередачи
3.8. Дифференциальное уравнение теплопроводности
3.9. Дифференциальное уравнение теплопроводности с источником теплоты
3.10. Условия однозначности
3.11. Методы решения задач
3.12. Определение коэффициента теплопроводности
3.13. Определение коэффициента температуропроводности методом регулярного режима
3.14. Определение коэффициента температуропроводности по полевым наблюдениям
Глава 4. Стационарное температурное поле
4.1. Одномерное стационарное температурное поле
4.2. Одномерное стационарное температурное поле с внутренним источником теплоты
4.3. Стационарное температурное поле цилиндрической стенки
4.4. Теплопередача при цилиндрической стенке
4.5. Двухмерное стационарное температурное поле
Глава 5. Нестационарное температурное иоле
5.1. Аналитические методы решения уравнения теплопроводности
5.1.1. Метод разделения переменных при решении уравнения теплопроводности
5.1.2. Частный пример нестационарного температурного поля в стенке
5.1.3. Решение уравнения теплопроводности при различных граничных условиях
5.2. Численный метод решения уравнения теплопроводности для одномерного температурного поля
5.3. Численный метод решения уравнения теплопроводности для двухмерного температурного поля
5.4. Расчет скорости промерзания и оттаивания почвогрунта
5.5. Изучение температурных полей на моделях
Глава 6. Гидротермический расчет водоемов и водотоков
6.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности турбулентного потока
6.2. Уравнение теплопроводности непроточного водоема
6.3. Расчет средней температуры воды водоема (метод изоклин)
6.4. Расчет температуры поверхности воды водоема (метод А.П. Браславского)
6.5. Расчет температуры воды по глубине водоема (метод суперпозиции)
6.6. Расчет температуры воды открытого водотока
6.7. Гидротермический расчет водохранилища-охладителя
Глава 7. Движение вод суши
7.1. Общие сведения о гравитационном движении воды в канале
7.2. Анализ гидродинамического уравнения Сен-Венана
7.3. Конвективные течения в водоеме
7.4. Конвективный водообмен в устье реки
7.4.1. Расчет стационарного клина соленых вод устьевой зоны реки при открытой водной поверхности
7.4.2. Расчет стационарного клина соленых вод устьевой зоны реки при ледяном покрове
7.5. Молекулярный и конвективный перенос вещества в потоке
Глава 8. Ледотехнический расчет водоемов и водотоков
8.1. Формирование ледяного покрова
8.2. Расчет толщины ледяного покрова
8.3. Расчет площади полыньи нижнего бьефа ГЭС и ее шугопродуцирующей части
8.4. Зажорные явления на реках
8.4.1. Расчет расхода шуги
8.4.2. Расчет количества льда в зажоре
8.5. Разрушение ледяного покрова
8.6. Заторные явления на реках
8.6.1. Силовые условия образования затора
8.6.2. Расчет количества льда в заторе
8.6.3. Методы борьбы с заторами и зажорами льда на реках
8.7. Статическая нагрузка от ледяного покрова на гидротехнические сооружения
8.7.1. Статическая нагрузка при температурном расширении льда
8.7.2. Статическая нагрузка от ледяного поля, находящегося на плаву
8.7.3. Статическая нагрузка от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды
8.7.4. Статическая нагрузка от раздробленного льда затора
8.8. Динамические нагрузки льда на гидротехнические сооружения
8.9. Навалы льда на берега и откосы гидротехнических сооружений
8.9.1. Гидравлическая нагрузка на ледяной покров
8.9.2. Ветровая нагрузка на ледяной покров
8.9.3. Расчет размеров навала льда на береговой откос
8.10. Наледи, физическая сущность их формирования и разрушения
8.10.1. Формирование наледи
8.10.2. Разрушение наледи
8.10.3. Наледи - опасное явление природы. Методы борьбы с ними
8.11. Определение временного сопротивления льда на сжатие, изгиб и растяжение
Глава 9. Испарение с поверхности воды, снега, льда и почвы
9.1. Физика процесса испарения с поверхности воды и факторы, его определяющие
9.2. Методы расчета испарения с поверхности воды
9.3. Расчет испарения с поверхности снежного и ледяного покровов
9.4. Расчет испарения с поверхности почвы
9.5. Измерение испарения с поверхности воды, снежного покрова и почвы
Глава 10. Вода в почвогрунтах и снежном покрове
10.1. Основные понятия и виды передвижения влаги в почве
10.2. Дифференциальные уравнения влагопереноса в почве
10.3. Некоторые методы решения уравнения влагопереноса в почве
10.4. Мерзлотное пучение некоторых почвогрунтов
10.5. Таяние снежного покрова
10.5.1. Физико-механические процессы, протекающие в снежном покрове
10.5.2. Расчет температуры снежного покрова
10.5.3. Расчет слоя воды, образовавшегося при таянии снежного покрова
10.6. Роль термического режима снежного покрова в образовании лавин
Глава 11. Акустические, оптические и электромагнитные явления в воде
11.1. Общие сведения о звуке
11.2. Ультразвук и его применение в гидрологии
11.3. Оптические свойства воды
11.4. Оптические методы исследования
11.5. Омагниченная вода
11.6. Электромагнитные явления в воде
Литература
Предметный указатель
CONTENTS
Preface
Legend
Introduction
Chapter 1. Molecular physics of water in its three states
1.1. General information
1.2. Structure of a water molecule
1.3. Concept of the molecular kinetic theory of material and water
1.4. Structure of water in its three states
Chapter 2. The basic physical properties of water, water vapour, ice and snow
2.1. Physical properties of water
2.2. Abnormal properties of water
2.3. Physical properties of water vapour in the atmosphere
2.4. Physical properties of ice
2.5. Physical properties of snow and snow cover
Chapter 3. The basic principles of heat exchange
3.1. Heat. Temperature field. Temperature gradient
3.2. Thermal flux. Thermal conductivity coefficient
3.3. Heat transfer and emission
3.4. Quantitative estimation of convection heat transfer
3.5. Quantitative estimation of radiant heat exchange
3.6. Quantitative estimation of heat with water state changes
3.7. Quantitative estimation of heat transfer
3.8. The differential heat conduction equation
3.9. The differential heat conduction equation with a heat source
3.10. Single-valuedness conditions
3.11. Methods of problem solving
3.12. Evaluation of the heat conductivity coefficient
3.13. Evaluation of the temperature conductivity coefficient by using the regular regime method
3.14. Evaluation of the temperature conductivity coefficient by using field observational data
Chapter 4. Stationary temperature field
4.1. One-dimensional stationary temperature field
4.2. One-dimensional stationary temperature field with an internal heat source
4.3. Stationary temperature field in a cylindrical wall
4.4. Heat transfer in a cylindrical wall
4.5. Two-dimensional stationary temperature field
Chapter 5. Non-stationary temperature field
5.1. Analytical methods of solving the heat conductivity equation
5.1.1. The variable separation method of solving the heat conductivity equation
5.1.2. A partial example of non-stationary temperature field in a wall
5.1.3. Solving the heat conductivity equation with various boundary conditions
5.2. The numerical method of solving the heat conductivity equation for one-dimensional temperature field
5.3. The numerical method of solving the heat conductivity equation for two-dimensional temperature field
5.4. Calculation of the soil freezing and defrosting velocity
5.5. Studying temperature fields by using models
Chapter 6. Hydrothermal calculation of waterbodies and watercourses
6.1. The differential equation of heat conductivity for a turbulent flux
6.2. The heat conductivity equation for a lentic water body
6.3. Computation of the temperature of an open waterbody by using the isocline method
6.4. Computation of the waterbody surface temperature by using Braslavsky's method
6.5. Computation of the depthwise water temperature profile for a reservoir by using the method of superposition
6.6. Computation of the open stream temperature
6.7. Computation of a cooling reservoir
Chapter 7. Motion of land waters
7.1. General information on gravitational motion of water in a channel
7.2. Analysis of the hydrodynamic Saint-Venant equation
7.3. Convective currents in a water body
7.4. Convective water exchange in a river estuary
7.4.1. Computation of a stationary salty water wedge in a river estuary with open water surface
7.4.2. Computation of a stationary salty water wedge in the ice-covered estuary
7.5. Molecular and convective material transportation in a stream
Chapter 8. Computation of the ice characteristics of water bodies and streams
8.1. Ice cover formation
8.2. Computation of ice cover thickness
8.3. Computation of the ice opening area in the hydro-power station tailwater and its part where sludge ice is formed
8.4. Hanging ice dams in rivers
8.4.1. Computation of sludge ice discharge
8.4.2. Computation of ice depth in hanging ice dams
8.5. Ice cover destruction
8.6. Ice jamming in rivers
8.6.1. Power conditions of ice jam formation
8.6.2. Computation of ice depth in an ice jam
8.6.3. Methods of prevention and mitigation of ice jamming in rivers
8.7. Static ice-cover load on hydraulic engineering constructions
8.7.1. The static load caused by ice temperature expansion
8.7.2. The static load caused by floating ice
8.7.3. The static load caused by the ice cover frozen to a engineering construction, with changing water levels
8.7.4. The static load caused by broken ice jams
8.8. Dynamic ice load on hydraulic engineering constructions
8.9. Ice piling on banks and slopes of engineering constructions
8.9.1. Hydraulic load on ice cover
8.9.2. Wind load on ice cover
8.9.3. Computation of the ice dumping on bank slopes
8.10. Aufeis and physics of its formation and destruction
8.10.1. Formation of aufeis
8.10.2. Destruction of aufeis
8.10.3. Aufeis as a hazardous natural phenomenon. Methods of mitigation
8.11. Estimation of the temporal ice resistance to compression, bending and stretching
Chapter 9. Evaporation from water, snow, ice and soil surfaces
9.1. Physics of evaporation from a water surface and its governing factors
9.2. Methods of calculation of evaporation from water surfaces
9.3. Calculation of evaporation from ice and snow surfaces
9.4. Calculation of evaporation from soil surfaces
9.5. Measurement of evaporation from water surfaces, ice cover and soil
Chapter 10. Water in soils and snow cover
10.1. Basic concepts and types of soil moisture motions
10.2. The differential equations of soil moisture transportation
10.3. Some methods of solving the soil moisture transportation equation
10.4. Frost heaving in certain types of frozen soils
10.5. Snow-cover melting
10.5.1. Physical and mechanical processes occurring in snow cover
10.5.2. Calculation of snow-cover temperature
10.5.3. Calculation of snow-melted water layer thickness
10.6. Role of snow cover thermal regime in avalanche formation
Chapter 11. Acoustic, optical and electromagnetic phenomena in water
11.1. General information on sound
11.2. Ultrasound and its application in hydrology
11.3. Optical properties of water
11.4. Optical research methods
11.5. Magnetic water
11.6. Electromagnetic phenomena in water
References
Subject index
Рекомендуем
