Seuraa 
Viestejä45973

Moi!

Millä kaavalla lasketaan jään paksuuntuminen? Oletetaan vaikka että jää on 0,5cm paksu ja pakkasta on -10 astetta ja aikaa kuluu 10h. Löysin jäälle lämmönjohtavuuden 2,2 W/m °C ja jään latentti sulamislämpö on ‫L‬f = 333 kj/kg. Voidaan varmaankin olettaa että vesi jään alla on 0-asteista.

Sivut

Kommentit (16)

visti
Seuraa 
Viestejä6331
scienceman
Moi!

Millä kaavalla lasketaan jään paksuuntuminen? Oletetaan vaikka että jää on 0,5cm paksu ja pakkasta on -10 astetta ja aikaa kuluu 10h. Löysin jäälle lämmönjohtavuuden 2,2 W/m °C ja jään latentti sulamislämpö on ‫L‬f = 333 kj/kg. Voidaan varmaankin olettaa että vesi jään alla on 0-asteista.


Esimerkiksi tällaista löytyi:
Jäätymisen alkaessa jäätä voi muodostua tyynellä kelillä noin pari millimetriä vuorokaudessa pakkasastetta kohden. 20 asteen pakkasessa jää paksunee siis nelisen senttiä vuorokaudessa. Virtaava vesi ja lumipeite hidastaa jään paksuuskasvua.
Rustataanpa sinulle kaava:
p = 2mm*T*t/(C 24h)
p paksuus milleinä
T pakkasasen määrä yksikkönä C (huom T>0)
t aika tunteina

Siis p = 2mm*10 C*10 h/(24hC) = 200/24 mm = 8 mm

petsku
Seuraa 
Viestejä1473

Satuin muutama päivä takaperin kirjoittamaan ohjelman, joka simuloi järven jäätymistä. Kokeilin mallintaa antamaasi tapausta ja sain tulokseksi 6,7 cm paksun jään kymmenessä tunnissa. Tulos ampuu yli varmaankin siksi, että asetin reunaehdon -10°C jään pinnalle, vaikka todellisuudessa alla oleva vesi puskee jään läpi sen verran lämpöä, ettei pinnalla kuitenkaan ole aivan noin kylmä. Pitänee jossain välissä yrittää jonkin sortin konvektioreunaehtoa. Bugien mahdollisuus ei toki sekään ole poissuljettu.

Tarkemmin kiinnostuneille: Käytetty malli on yksiulotteinen, sataan solmuun diskretoitu ja perustuu Fourierin lakiin (lämmönjohtavuutena kahden solmun välillä käytin näiden johtavuuksien keskiarvoa). Veden tiheys, lämmönjohtavuus sekä lämpökapasiteetit ovat lämpötilan T funktioita muotoa a+b*(tanh(c*T)+1)/2. Tarkennuksena sulamislämpö on huomioitu lämpökapasiteettifunktioon summattuna kellokäyränä, jonka integraali vastaa sulamislämmön arvoa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665

Aika monimutkainen ilmiö on oikeasti hyvin mallintaa. Tuulen- ja veden nopeus, pienikin lumikerron jään päällä, jäätymättömän vesimassan ja maaperän lämpötila jne vaikuttavat kaikki.
Jonkin verran vaikuttaa myös säteilylämpötila eli se, onko pilvistä vai selkeää. Yleensä kyllä on selkeää silloin kun järvet jäätyvät.. Vaikutuksen saa selville vertaamalla jäätymisnopeuksia avokatoksen alla ja avoimessa tilassa.

Kuten Petsku jo oletti jään ylpinnan lämpötila on tuskin -10 astetta. Täysin tyvenessä ohuella jäällä se voi olla lähempänä nollaa ja tuulisella säällä ja paksulla jäällä hyvinkin lähellä -10 astetta.

Nobelaner
Seuraa 
Viestejä1772
Denzil Dexter
taa myös säteilylämpötila eli se, onko pilvistä vai selkeää.



Eikös ollut oikein joku nimi sille ilmiölle että kun joku pinta on "avaruuteen asti" esillä niin se voi jäätyä vaikka ilman lämpötila muuten ei jäätymistä aiheuttaisi? Muistan lukeneeni tuosta joskus jostain...

Tuota on hyvä seurata välillä tässä ihan kotipihalla, jossa meillä on peräti kolme autoa vierekkäin. Oma autoni on tuulilasin osalta omenapuun alla, ja noi kaksi muuta ovat paljaan taivaan alla. Joinakin sopivina aamuina oman autoni tuulilasi on kirkas ja jäätön mutta viereisen auton tuulilasi on umpijäässä, tai no kuurassa ainakin...

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Hei me troolataan!
Eikö se ole niin että mitä paksumpi jää niin sitä hitaampaa on paksuuntuminen. Eli kaavan pitäisi olla jonkunlainen derivaatta.



Niinhän siinä nimenomaan käy. Kun jonkinlainen tasapainotila on saavutettu, voi jää vaikka ohentua -40 asteen pakkasella, jos vesi kiertää hiukan. Varsinkin lumi on erittäin hyvä eriste (nyrkkisääntönä 10 cm lunta vastaa metriä jäätä). Jos lunta on hiukankin, ei jää tiedä mitään ulkomaailmasta, vaan lämpötila seilaa jossain -1...+1 välillä, eivätkä alle viikon jatkuvat paukkupakkaset juuri kasvata jään paksuutta.
Tämän vuoksi auraus on erittäin tehokas keino jään paksuntamiseksi esim saareen vietävää tukkikuormaa varten.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Vanha jäärä
Et sitten viitsinyt kuukkeloida itse olemassa olevia jäänmuodostuksen teorioita? Minä olin vähän viitseliäämpi ja tässä klassinen Zubovin malli sekä hieman yksityiskohtaisempaa tietoa.



187 sivua - BOOOORING! Merivesi tuo tietysti vielä oman mausteensa asiaan, kun suolasulkeumien ja alemman jäätymislämpötilansa vuoksi.
Haluaisimpa nähdä sellaisen mallin, jolla laskettuna mielivaltaisessa kohdassa Suomen järviä on ennustettu paksuus 10% tarkkuudella sama nollasta eroava luku, kuin mitattu paksuus.

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1572
Denzil Dexter

Haluaisimpa nähdä sellaisen mallin, jolla laskettuna mielivaltaisessa kohdassa Suomen järviä on ennustettu paksuus 10% tarkkuudella sama nollasta eroava luku, kuin mitattu paksuus.

Järvissä on myös omat kummallisuutensa, vaikka niissä ei suolaa olekaan. Virtaukset sekottavat melkoisesti veden kerrostumista ja täten vaikuttavat jäätymiseen. Olen itsekin havainnut, että järven pohjan jyrkänteiden kohdalla esiintyy melkoisia pystyvirtauksia, jotka pitävät jään ohuena tai kohdan kokonaan sulana jopa kovana, vähälumisena talvena.

Kaipaamasi malli on todennäköisesti saatavissa vain tilastollisin menetelmin. Kannattaisi varmaan heti aloittaa 50-vuotinen tutkimushanke jonkin vesistöalueen jäänpaksuuden mallintamisesta. Malliin tietysti tarvitaan jään paksuuden seurantaa esimerkiksi puolen kilometrin hilalla ja viikon mittausvälillä, mikä tietysti nykyisellä moottorikelkkojen ja -kairojen sekä GPS-laitteiden aikana ei vaatisi muuta kuin kaikkien talviviikonloppujen pyhittämisen asian tutkimiseen.

Ehkäpä jo kymmenen vuoden päästä saisimme väliaikatietoja mallista ja sen ennustetarkkuudesta. Kun tuon mallin vielä liittää paraneviin pitkän ajan sääennusteisiin, niin jo elokuun lopulla voimme merkkailla kalentereihimme talvikalastuksen aloituspäivän...

Vanha jäärä

Teekkari
Seuraa 
Viestejä2347

Jään pintalämpötila noudattaa paksuuntuessaan yhä paremmin ilman lämpötilaa. Vaikka ei tuulisikaan, niin jo kymmensenttiseen jäähän syntyy railoja pakkaskelillä, mikä kertoo suuresta lämpötilagradientista. On selvää, että jään pinta ei voi tällöin olla kovin lähellä 0 astetta. Joku terävä kaveri voisi laskea kuinka suuri gradientti tuohon vaadittaisiin.

Ja muutenkin, jos oletuksena on, että vesi jään alla on 0 asteista ja lisäksi myös jään pinta on lähes samassa lämpötilassa, ei tapahdu juuri mitään lämmönsiirtoa. Näin pitäisi kuitenkin olla, että lämpötila jään pinnalla olisi 0...

Everything you know, is about to change.

Teekkari
Seuraa 
Viestejä2347
Vanha jäärä
Denzil Dexter

Haluaisimpa nähdä sellaisen mallin, jolla laskettuna mielivaltaisessa kohdassa Suomen järviä on ennustettu paksuus 10% tarkkuudella sama nollasta eroava luku, kuin mitattu paksuus.

Järvissä on myös omat kummallisuutensa, vaikka niissä ei suolaa olekaan. Virtaukset sekottavat melkoisesti veden kerrostumista ja täten vaikuttavat jäätymiseen. Olen itsekin havainnut, että järven pohjan jyrkänteiden kohdalla esiintyy melkoisia pystyvirtauksia, jotka pitävät jään ohuena tai kohdan kokonaan sulana jopa kovana, vähälumisena talvena.

Kaipaamasi malli on todennäköisesti saatavissa vain tilastollisin menetelmin. Kannattaisi varmaan heti aloittaa 50-vuotinen tutkimushanke jonkin vesistöalueen jäänpaksuuden mallintamisesta. Malliin tietysti tarvitaan jään paksuuden seurantaa esimerkiksi puolen kilometrin hilalla ja viikon mittausvälillä, mikä tietysti nykyisellä moottorikelkkojen ja -kairojen sekä GPS-laitteiden aikana ei vaatisi muuta kuin kaikkien talviviikonloppujen pyhittämisen asian tutkimiseen.

Ehkäpä jo kymmenen vuoden päästä saisimme väliaikatietoja mallista ja sen ennustetarkkuudesta. Kun tuon mallin vielä liittää paraneviin pitkän ajan sääennusteisiin, niin jo elokuun lopulla voimme merkkailla kalentereihimme talvikalastuksen aloituspäivän...

Havaintojen perusteella järven jää on kaikkea muuta kuin tasapaksu johtuen juurikin näistä pystyvirtauksista.

Everything you know, is about to change.

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1572
Teekkari
Havaintojen perusteella järven jää on kaikkea muuta kuin tasapaksu johtuen juurikin näistä pystyvirtauksista.

Siksi ehdotinkin tuota puolen kilometrin hilaa. Tietysti sadan metrin hila olisi tuossa mielessä tarkempi, mutta silloin järvi ei saa olla yksittäiselle tutkijalle liian iso. Kohtuulliseen pieneenkin järveen joutuu sadan metrin hilan tapauksessa porailemaan satoja mittausreikiä.

Vanha jäärä

kytoann
Seuraa 
Viestejä1934

Ohis:

Hakematta tuli mieleen Kieslowskin  televisiosarja Kymmenen käskyä. Ensimmäisessä oli poika saanut uudet luistimet, ja isänsä kanssa ohjelmoivat tietokoneen laskemaan (filmi valmistui 1989) milloin lammen jää olisi kestävää. Eräänä päivänä laskut osoittivat jään riittävän, ja poika lähti luistelemaan. Ei kestänyt jää.

Fysiikan lakien mukaan järven jäätyminen tapahtuu, mutta vaikuttavia tekijöitä on niin paljon.

Tyhmyydelle minä olen vihainen kuin rakkikoira; mutta viisaus ei ole kaikille suotu.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat