Alo Numele meu este Serghei. Eu sunt proprietarul complexului de gheață din Vinnița (Ucraina). Mă interesează sau, eventual, măresc, stabilitatea gheții la o temperatură plus fără costuri suplimentare la energie. Este foarte scump să păstrezi gheața în vară. Am citit articole despre metan în apă, molecule de proteine și despre apa grea D2O. Nu știu cum să punem acest lucru în practică.
În natură, există 14 modificări ale gheții. Cu toate acestea, toate, dar familiar pentru noi gheata cristalizeaza in sistemul hexagonal și este desemnat ca condițiile de gheață I. formate în exotice - la temperaturi foarte scăzute (circa -110 150 0 C) și presiuni înalte, atunci când unghiurile legăturile de hidrogen din sistemul molecula de apa si schimbarea formei, altele decât hexagonale. Asemenea condiții seamănă cu cele cosmice și nu apar pe Pământ. De exemplu, la temperaturi sub -110 ° C, vaporii de apă cade pe o placă metalică sub formă de octaedra și cuburi de dimensiuni mai mari de câțiva nanometri - aceasta este așa numita gheață cubică. Dacă temperatura este puțin peste -110 ° C și concentrația vaporilor este foarte scăzută, se formează un strat de gheață amorfă extrem de densă pe placă.
Gheața naturală este de obicei mult mai curată decât apa, deoarece Solubilitatea substanțelor (cu excepția NH4F) în gheață este extrem de scăzută. Gheața II, dimpotrivă, se stabilizează numai în prezența unor cantități mici de gaze; În forma sa pură, nimeni nu la primit din cauza instabilității sale. Dacă, de exemplu, presiunea este creată cu heliu, se va dizolva neapărat în apa de îngheț. Există informații că argonul este un alt gaz inert, potrivit pentru utilizarea în această instalație - este, de asemenea, capabil să producă soluții solide cu gheață. Cu toate acestea, nimeni nu a studiat în mod specific acești compuși de clatrat de gheață cu gaze nobile.
Ice II este situat pe diagrama de faze între gheața III și gheața IX. Acestea diferă în ordonarea protonilor, oxigen același cadru au același: o spirală de la o moleculă de apă ca și filetată pe axa celelalte molecule de apă. Când probabilitățile unui proton de a ocupa un anumit loc sunt egale, gheața va fi dezordonată.
Diagrama stării gheții cristaline
Cu toate acestea, toate experimentele cu icii exotice sunt de obicei asociate cu lor răcită la o temperatură de gheata uscata, azot lichid, și chiar heliu și comprimat la o presiune în mii de atmosfere. Prezentare generală a rezultatelor pot fi obținute prin uita la desen, care prezintă o diagramă de gheață cristalin.
Multe gheață de înaltă presiune pot fi depozitate la presiune normală. Pentru a face acest lucru, ele sunt răcite în azot lichid și apoi presiunea este eliberată. Pe gheață atât de întărită a fost efectuată cercetarea fundamentală. Ei au arătat că structura lor este foarte diversă.
Structura primului gheață de înaltă presiune, gheață II, definit la începutul cercetării în acest domeniu, atunci când primele dispozitive puternice de raze X în 1964 ani. După cum sa dovedit, această gheață constă din coloane goale, formate din inele ondulate din șase părți. Fiecare coloană este înconjurată de șase aceleași coloane, mutate relativ una cu cealaltă pentru o treime din perioadă. Structura acestei gheață poate fi obținută dacă o parte din fagurele Ih este dezintegrat și transformat în cadre de tracțiune care leagă resturile de faguri rămași. Mărimea care rezultă canalele hexagonale este mult crescut - doar la gheață II mai late canale, diametrul este 3. In aceste canale pot fi poziționate atomii de heliu, neon, și chiar molecula de hidrogen.
Puteți obține hidrați de gaz nobil, de exemplu, heliu pe bază de gheață II în două moduri. Mai întâi, aplicați (în atmosferă de heliu) apa de presiune de 0,28-0,5 GPa și răciți-l la 250-270K. Deși gheata III și V sunt stabile în această zonă a diagramei, se obține un hidrat pe bază de gheață II. Interesant este că protonii din el sunt deja comandați. (De obicei, acestea sunt comandate numai atunci când gheața este deja foarte rece.)
În al doilea rând, este posibil să se dizolve heliul în gheață Ih la o temperatură scăzută și la o presiune de 0,3 GPa. Apariția heliului conduce la extinderea rețelei cristaline, iar încălzirea sa până la 180 K ajută la transformarea structurală.
Ușurința relativă a preparării soluțiilor solide în gheață II, precum și potențialul său ridicat ca bolti de gaz de hidrogen (o molecula de gaz de apă pentru șase molecule) a atras atenția cercetătorilor și practicienilor: acum discutat în mod activ posibilitatea aplicării sale în energie hidrogen.
În ceea ce privește stabilitatea gheții la temperaturi suplimentare, din păcate, procesul de topire a gheții, adică proces de tranziție de fază de gheață dintr-o stare solida la lichid care provoacă o scădere a rezistenței, amploarea grosime și orizontală, până la finalizarea dispariția gheții, este imposibil de a reduce unor parametri fizico-chimici: desalinizare a apei etc. folosind distilat.
Din păcate, procesul de topire a gheții, adică proces de tranziție de fază de gheață dintr-o stare solida la lichid care provoacă o scădere a rezistenței, amploarea grosime și orizontală, până la finalizarea dispariția gheții, este imposibil de a reduce unor parametri fizico-chimici: desalinizare a apei etc. folosind distilat.
Stabilitatea gheții este un fenomen multifactorial. în funcție de mulți factori care trebuie luați în considerare în calcule:
HARDNESS ICE. Capacitatea gheții de a rezista penetrării unui alt corp care nu primește deformări reziduale. Acesta este definit ca raportul dintre sarcina P acționând asupra suprafeței dentului format. Duritatea H = P / S este valoarea medie a presiunii din dent. În funcție de temperatura gheții și de timpul de aplicare a sarcinii (timpul scurt corespunde durității dinamice, durității statice pentru o perioadă lungă de timp), valorile lui H pot fi diferite cu mai mult de un ordin de mărime.
TEXTUL ICE. Particularitatea structurii gheții, datorită aranjamentului spațial al incluziunilor aerului, mineralelor și organice.
Având în vedere incluziuni de aer cu gheață subdivizat în monolitică (lipsite de incluziuni vizibile) și poros (prezența impurităților care pot avea o uniformă, distribuție verticală stratificate și fibros).
Prin incluziuni dimensiunea gheață subdivizate în: melkopuzyristy (incluziuni de mai mică de 0,2 mm), srednepuzyristy (includere de 0,2 la 0,5 mm) krupnopuzyristy (includerea între 0,5 și 1,0 mm), mare cavitate (includere mai mult de 1,0 mm).
Forma incluziunilor este ovală, tubulară, ramificată și transformantă. Prin origine, incluziunile sunt subdivizate în primar (autogen), secundar (xenogeneic) și textură ruptă (cataclastică).
TEMPERATURA MELTINGULUI ICE. Temperatura la care are loc topirea gheții la presiune externă constantă. Topirea gheții de mare nu are loc la o anumită temperatură, la fel ca în gheață proaspătă și continuu începând din momentul când temperatura sub 0 ° C până la punctul de îngheț al apei de mare salinitate dată.
Fig. în stânga - cursul de temperatură în gheață în timp, când este furnizată căldura
1 - 2 - încălzirea gheții; 2 - 3 - topirea gheții: 3 - 4 încălzirea apei; punctul de topire al gheții.
Topirea gheții la presiunea atmosferică are loc la o temperatură de 0,01 ° C (în calcule practice se iau 0 ° C). Cantitatea de căldură care trebuie raportată la 1 kg de gheață, care este la punctul de topire, pentru ao transforma în apă, se numește căldura specifică de topire a Lpl. Căldura specifică de topire a gheții de apă dulce în condiții normale este egală cu căldura specifică de cristalizare a apei 33,3 · 10 4 J / kg.
CONDUCTIVITATEA TEMPERATURII ICE (FACTOR DE CONDUCTIVITATE A TEMPERATURII). Parametru care caracterizează rata de schimbare a temperaturii gheții în procesele termice non-staționare. Coeficient de difuzivitate termică la gheață
unde Cp - căldura specifică a gheții, la o presiune constantă, ρ - densitatea gheții, coeficientul λ- conductivitate termică, numeric egală pentru a ridica temperatura gheții pe unitatea de volum, ca urmare a fluxului termic, Cp coeficientul respectiv de conductivitate termică.
TENSIUNEA DEFORMĂRII ICE. Setul de deformări ale unui paralelipiped infinitezimal de gheață, izolat în apropierea unui punct dat. Este un tensor simetric de rangul 2
Starea deformată a elementului de gheață este considerată cunoscută dacă sunt cunoscute componentele tensorului de deformare a gheții.
STRATEGIA TEORETICĂ A ICE. Proprietatea gheții, care se caracterizează prin valoarea calculată a tensiunii, la care se poate produce ruptura simultană a tuturor legăturilor interatomice pe suprafața pauzei. Ca și alte corpuri solide, se estimează la 0,1 E, unde E este modulul de gheață al lui Young.
De obicei, valorile efective ale rezistenței sunt mai multe ordine de mărime mai mici decât cele teoretice. Motivul pentru rezistența scăzută a gheții este distribuția inegală a tensiunilor interne; Legăturile interatomice sunt încărcate inegal și există puncte slabe în structura atomică a corpurilor.
Când se adaugă tensiuni interne și externe cu același nume, apar supratensiuni locale, care pot atinge valori teoretice de rezistență, conducând la ruperea legăturilor interatomice. Punctele slabe ale structurii sub influența marilor tensiuni locale rupe de obligațiuni interatomice apare foarte ușor pauze de continuitate așa-al corpului de nucleu. Creșterea și fuziunea discontinuităților continuității formează o fisură macroscopică, a cărei dezvoltare conduce la distrugerea corpului. Forța teoretică este numită și o rezistență ideală, densitate forțe coezive (m. Interacțiune E. Molecular forțează părți ale aceluiași corp), sau pur și simplu de coeziune, care poate fi caracterizată prin căldură (de lucru) evaporare.
ICE HEAT. Una dintre proprietățile termodinamice de bază de gheață, aceasta reflectă gradul de încălzire, ca urmare a cantității de căldură primită de gheață. În calculele practice, de obicei folosesc o capacitate termică specifică de gheață, ceea ce înseamnă de această cantitate de căldură care trebuie raportată la masa unității de gheață pentru a crește temperatura de 1 K specifică gheață de apă dulce de căldură scade odată cu scăderea temperaturii (2,12 kJ / (kg * K) pentru 0 ° C), tinzând la zero la 0 K.
CONDUCTIVITATEA TEHNICĂ A ICE (COEFICIENTUL CONDUCTIVITĂȚII TERMICE). Valoarea care caracterizează procesul de transfer de căldură în gheața încălzită inegal, ceea ce duce la egalizarea temperaturii. Conductivitatea termică este coeficientul de proporționalitate între densitatea fluxului de căldură q și gradientul de temperatură T care intră în ecuația cunoscută
Conductivitatea termică a gheții este numeric egală cu densitatea fluxului de căldură la o diferență de temperatură de 1K pe distanță de unitate. Pe măsură ce temperatura scade, conductivitatea termică crește. Conform calculelor teoretice și a numeroaselor date experimentale, la o temperatură
0 ° C, conductivitatea termică a gheții de apă dulce este
DESTRUCERE TERMICĂ. Distrugerea capacului de gheață datorită topirii acestuia pe măsură ce crește temperatura aerului. Defecțiunea termică reduce rezistența gheții, modifică structura și textura, reduce dimensiunile orizontale etc.
manifestări externe de distrugere termică a capacului de gheață se sparge și spărgător de gheață, înregistrate de către următorii termeni de aspectul lor: data la începutul vacanței de primăvară (ziua în care a existat o ruptura de gheata rapid, o zi a primelor semne de topire și de reducere a puterii sale); data primului arc se schimbă de lipire (zi, atunci când zona vizibilă de lipire (cu excepția tălpi), disecat mare număr de fisuri, a experimentat poziția orizontală menținând în același timp poziția relativă a blocurilor de gheață data de lipire finală distrugere (zi a avut loc degradare rapidă blocuri de gheață de gheață , care se deplasează unul față de celălalt, reducând astfel coeziunea gheții).
CRACIUNI ÎN CALEA DE ICE. Disfuncții în continuitatea capacului de gheață, care este zona în care încetează interacțiunea dintre ioni și atomi ai rețelei de cristal pe diferite părți ale acesteia. Formată ca urmare a ruperii sau rupturii, ca urmare a depășirii rezistenței gheții în tensiune, comprimare, îndoire și forfecare. Fisurile din capacul de gheață sunt subdivizate în funcție de caracteristicile genetice și morfologice.
Conform caracteristicilor morfologice, fisurile sunt împărțite în următoarele specii.
În formă în ceea ce privește greva - drepte (drepte, conice, cu fante), curbat (arcuită, en eșalon, circular), rupte (zig-zag, sinusoidală, cicloidă).
Forma marginilor tăiate ale fisurilor este netedă, neuniformă, zimțată.
Pentru intra-bloc-lungime (pana la 5 km), Interblock (până la 100 km), trunchi (câteva sute de kilometri).
Amploarea deschidere îngustă (lățimi de până la 5 m), medie (lățime la 5 la 15 m), lat (lățime de până la 50 m).
Prin adâncimea de penetrare - căscat, nedeschis.
PROPRIETĂȚILE TERMOFIZICE (THERMALE) ALE ICE. Proprietățile gheții care determină condițiile pentru transferul de căldură și formarea temperaturii gheții sunt prezentate în Tabelul 1.
Tabelul 1
Proprietățile termofizice ale gheții de apă dulce
Căldura specifică de sublimare (sublimare) de gheață egală cu suma căldurii specifice topirii gheții, și o căldură specifică de evaporare a apei; la 0 ° C este egal cu Loz = 33,3 · 10 4 + 250 · 10 4 = 283,3 · 10 4 J / kg.
Coeficientul de conductivitate termică a gheții λ se presupune a fi în medie egal cu 2,24 W / (m · ° C). Cu o temperatură în creștere, λ scade nesemnificativ și liniar.
Capacitatea specifică de căldură a gheții se calculează prin formula lui BP Weinberg:
c = 2,12 (1 + 0,0037 t).
Având în vedere că la t = 0 ° C ρ gheață = densitatea de 917 kg / m3 și căldura specifică a c sale = 2,12 kJ / (kg · ° C), obținem coeficientul de gheață termică în condiții normale a = λ / (cρ ) = 2,24 / (2,12 * 917) = 4,1 · 10-3 m 2 / h. Cu o scădere a temperaturii, coeficientul a crește semnificativ, deoarece în acest caz λ nu numai că crește, ci și că scade c:
a = 4,1 (1 - 0,0063 t) 10-3
Căldura specifică de topire (cristalizare) a gheții de mare depinde în mare măsură de salinitatea ei.
MODULULUI E ICE la compresiune, rezistența la tracțiune și îndoire depinde de structura de temperatură și gheață și variază în limite foarte largi: de la 0,12 × 10 10 10 1 × acompaniat de 10 Pa. Când este comprimat, se presupune că este în medie 0,9 · 10 10 Pa. Modulul de elasticare scade liniar cu creșterea temperaturii.
Modulul ICE SHIFT MODU G, precum și modulul de elasticitate E, depinde de temperatura și structura gheții, dar nu se schimbă într-un domeniu atât de mare. În medie, acesta poate fi luat ca 3 · 10 9 Pa.
Valorile rezistenței de gheață, așa-numita rezistență temporară a gheții în diferite condiții de stare de stres și la o temperatură apropiată de 0 ° C, sunt prezentate în tabel. Odată cu scăderea temperaturii, rezistența gheții crește și, odată cu creșterea salinității apei utilizate, scade.
Tabelul 2
Valorile puterii finale a gheții, Pa
Astfel, după cum recomandările pentru parametrii fizici și chimici pot da doar sfaturi pentru a utiliza pentru a umple apă demineralizată sau distilată patinoar, sau de a utiliza un sistem de racire mai eficient, care, de exemplu, sunt folosite aici, la Moscova, pentru a crea un patinoar de vară în Piața Roșie.
În ceea ce privește tehnologia de creare a masivului de gheață, există mai multe etape principale ale creării sale:
1. Determinarea criteriilor care asigură producția de gheață cu un anumit set de proprietăți fizice și mecanice pentru un anumit sport.
2. Dezvoltarea unui model fizic al gheții pentru un anumit sport.
3. Dezvoltarea metodelor de precizie de actiune asupra stratului superficial de suprafata regenerabila de gheata.
4. Dezvoltarea metodelor de structurare a masivului de gheață cu proprietăți fizice și mecanice date, în primul rând:
determinarea cerințelor pentru compoziția apei, gradul de purificare a acesteia, absența impurităților care contribuie la scăderea punctului de îngheț;
fundamentarea metodelor de aplicare și grosimea optimă a fiecărui strat de gheață turnat;
stabilirea secvenței modificărilor de temperatură ale fiecărui strat aplicat;
determinarea compoziției chimice a fiecărui strat;
ținând cont de parametrii mediului aerian.
Toți acești factori alcătuiesc sistemul de umplere masiv de gheață tehnologică pentru un anumit sport: extrem de greu pentru skateri, o moale, elastică și rezheliruyuschego pentru skateri, tenacitate durabile și fractură pentru jucători, etc. Diagrama de flux include operațiuni și dezvoltarea tehnică a principalelor fisuri de nivelare și fracturi, deoarece microfisuri vor apărea în mod inevitabil, din cauza diferenței de coeficienți de expansiune volumetrice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: