Мелкая вода что значит

Уравнения мелкой воды

Механика сплошных сред

Сплошная среда

Классическая механика Закон сохранения массы · Закон сохранения импульса Теория упругости Напряжение · Тензор · Твёрдые тела · Упругость · Пластичность · Закон Гука · Реология · Вязкоупругость Гидродинамика Жидкость · Гидростатика · Гидродинамика · Вязкость · Ньютоновская жидкость · Неньютоновская жидкость · Поверхностное натяжение Основные уравнения Уравнение непрерывности · Уравнение Эйлера · Уравнения Навье — Стокса · Уравнение диффузии · Закон Гука Известные учёные Ньютон · Гук Бернулли · Эйлер · Коши · Стокс · Навье

См. также: Портал:Физика

Уравнения мелкой воды (известные также как уравнения Сен-Венана (англ.) русск. в линейной форме) — система гиперболических дифференциальных уравнений в частных производных, которая описывает потоки под поверхностью жидкости.

Уравнения получаются [1] путём интегрирования по глубине уравнений Навье — Стокса при условии, что горизонтальный масштаб много больше вертикального. При этом условии из закона неразрывности следует, что вертикальные скорости в жидкости малы, вертикальные градиенты давления близки к нулю, а горизонтальные градиенты вызываются неровностью поверхности жидкости и горизонтальные скорости одинаковы по всей глубине. При интегрировании по вертикали вертикальные скорости уходят из уравнений.

Хотя вертикальные скорости отсутствуют в уравнениях мелкой воды, они не обязательно равны нулю. Это важно, поскольку вертикальная скорость не может быть равна нулю, например, при изменении глубины акватории. Нулевой вертикальной скорости соответствует только случай плоского дна. Когда горизонтальные скорости получены, вертикальные скорости выводятся из уравнения непрерывности.

Ситуации, когда глубина акватории много меньше горизонтальных размеров, достаточно обычна, поэтому уравнения мелкой воды находят широкое применение. Они используются с учётом кориолисовых сил при моделировании атмосферы и океана как упрощение системы примитивных уравнений (англ.) русск. , описывающих потоки в атмосфере.

Уравнения мелкой воды учитывают только один вертикальный уровень, поэтому они не могут описывать факторы, меняющиеся с глубиной. Тем не менее, когда динамика потоков в вертикальном направлении относительно проста, вертикальные изменения могут быть отделены от горизонтальных, и состояние такой системы можно описать несколькими системами уравнений для мелкой воды.

Содержание

Уравнения

Консервативная форма

Уравнения мелкой моды выводятся из уравнений сохранения массы и импульса (уравнения Навье — Стокса), которые справедливы для общего случая, в том числе в ситуациях, когда условия мелкой воды не выполняются. Без учёта сил Кориолиса, трения и вязкости уравнения принимают вид:

Неконсервативная форма

Уравнения могут быть записаны для скоростей. Поскольку скорости не входят в фундаментальные законы сохранения, эти уравнения не описывают явления типа гидравлического удара или гидравлического прыжка.

	— скорость вдоль оси x;
	— скорость вдоль оси y;
	— средняя высота поверхности жидкости;
	— отклонение давления в горизонтальной плоскости от среднего значения;
	— ускорение свободного падения;
	— параметр Кориолиса, равный на Земле
	— угловая скорость вращения Земли вокруг оси ( радиан/час);
	— географическая широта;
	— коэффициет вязкого сопротивления.

Применение в моделировании

Уравнения мелкой воду можно применять для моделирования волн Волны Россби и Кельвина (англ.) русск. в атмосфере, реках, озёрах, океанах, а также более мелких водоёмах. таких как бассейны. Для того, чтобы применение уравнений мелкой воды было корректным, горизонтальные размеры акватории должны быть значительно больше глубины. Уравнения мелкой воды пригодны также для моделирования приливов. Приливное движение, имеющее горизонтальные масштабы в сотни километров, могут считаться явлениями мелкой воды, даже если происходят над многокилометровыми океанскими глубинами.

Источник

Мягкая вода: что это такое и чем она отличается от жесткой, как определить мягкость жидкости – плюсы и минусы

Вы наверняка слышали о солях жесткости и о том, насколько они вредны и опасны. Но как определить их концентрацию в домашних условиях? Сегодня мы расскажем, как понять, что вода мягкая, и в целом рассмотрим ее особенности. Вы узнаете, какими качествами она обладает, так ли хороша, как кажется.

Сразу отметим: вопрос пользования ею обычно становится актуален для тех, кто переезжает жить за город, в собственный дом. Потому что для бытовых нужд люди начинают набирать жидкость из скважин, а она зачастую насыщена частицами магния, железа, кальция. Это нерастворимые соединения, которые оседают на внутренних стенках трубопроводов, на ТЭНах при стирке и — главное —накапливаются в организме, что приводит к развитию целого букета заболеваний и появлению проблем со здоровьем.

Чем полезна мягкая вода

Теоретическим и практическим путем, а также на основе сравнения и анализа были выявлены следующие ее достоинства:

1. На 30-50% уменьшает расход стирального порошка, мыла, гелей и прочих моющих средств, так как при взаимодействии с нею они активно образуют пену, а значит их нужно реже добавлять.

2. Соли ухудшают органолептические свойства; а раз их не будет, это самым положительным образом скажется на вкусе, запахе и качестве блюд и напитков, приготовленных на основе жидкости.

3. Не оказывает негативного влияния на состояние волос и кожи (а это известные минусы жесткой воды), косвенно помогая дольше сохранять молодость и лучше выглядеть.

4. Способствует более долгой службе бытовой техники и трубопровода – за счет того, что не провоцирует появление накипи. Откладываясь на ТЭНах и внутренних поверхностях баков, котлов, бойлеров, стиральных машин, утюгов, чайников, соединения кальция и магния постепенно понижают теплопередачу, забивают отверстия и шланги, разъедают уплотнители. Хорошо, что в нашем случае этого не происходит.

5. Не ухудшает здоровье (главное достоинство), так как в ее составе нет солей, которые могли бы накапливаться в организме и приводить к развитию мочекаменной болезни, проблемам с почками и суставами.

Особенности

Мягкая вода – это какая? С малой концентрацией нерастворимых веществ – не более 2 мг-экв/л. Приобретать катионы Ca, Mg, частицы Fe, Mn и другие нежелательные добавки она может, протекая сквозь почву (особенно на загрязненных промышленностью землях), терять – в процессе парообразования. Конденсат естественным образом очищается, поэтому-то наши предки ставили бочки, чтобы те наполнялись дождем, собирали и растапливали снег. Хотя сегодня осадки используются далеко не так же часто, как раньше, и только в экологически чистых районах. Причина банальна: пока капли собираются в облаках над крупными городами, заводами и фабриками, они вбирают в себя газы и другие вредные вещества, которыми так богаты мегаполисы и индустриальные зоны.

Кстати, состав мягкой воды сильно зависит от условий накопления и протекания ее источника и может отличаться по одному или нескольким из следующих показателей:

• цвет и прозрачность;
• вкус и запах (органолептические свойства – это вообще характерный индикатор наличия/отсутствия посторонних добавок);
• коэффициент расширения/сжатия;
• степень испарения и промерзания;
• способность растворять в себе самые разные примеси.

Ну а главный параметр, варьирующийся и изменяющий свойства, – это концентрация щелочноземельных металлов. С оглядкой на него проводят анализ забранной жидкости, именно по нему в итоге определяют всю совокупность дальнейших качеств.

Жесткая и мягкая вода: что это значит, откуда взялись названия

Так повелось издревле: наши прадеды заметили, что после стирки одна одежда становится приятной на ощупь, а другая – грубой. Люди задумались, в чем причина, и решили, что в жидкости, которую они использовали (и были правы!) Эластичность ткани снижалась из-за того, что поры ее нитей забивались солями. Одновременно с этим менялся цвет вещи: она приобретала сероватый или желтоватый оттенок, не слишком эстетичный и особенно заметный на белом фоне.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

В старину многие имена собственные рождались из буквальностей, так произошло и в этом случае. Воду, которая делала рубашки мягкими, люди так и называли, и с жесткой та же история.

Также ее громко именовали живой и мертвой соответственно, и вот это уже было не совсем верно. Да, такие термины есть, используются и поныне, и они действительно отражают тот эффект, который несет регулярное употребление жидкости для приготовления напитков и пищи, и, по сути, как раз и взяты из сказок и мифов о целебных и разрушительных свойствах. Просто дело не в солях жесткости, а в наличии изотопов (дейтерия и трития), кислот и токсинов – их присутствие постепенно угнетает организм.

Но даже при полном отсутствии примесей определенная угроза здоровью все-таки есть, и с нею нужно считаться.

Что значит «мягкая вода опасна»

Да, с бытовой точки зрения она лучше жесткой: не так вредит технике, не портит белье, помогает экономить на моющих средствах. Да, состояние волос и кожи она тоже не ухудшает, это мы уже выяснили, но учитывайте, что в ней содержится крайне мало вообще всех соединений, а не только магниевых, кальциевых или железистых.

Соответственно, если пить только ее, со временем организм начнет испытывать дефицит минералов, а это уже оборачивается следующими проблемами:

• развитие кариеса, стоматита, других болезней ротовой полости;
• появление гастрита, язв кишечника и желудка;
• повышение давления, вплоть до возникновения гипертонии;
• общий упадок сил, снижение иммунитета;
• учащение случаев аритмии, вероятность инфаркта.

Отдельного разговора заслуживают дети, ведь они активно растут, а значит особенно нуждаются в полноценном заряде микроэлементов, витаминов, полезных веществ. Их питье просто обязано быть сбалансированным, иначе они рискуют столкнуться с желтухой, анемией, недостаточной подвижностью суставов, хрупкостью костей и частыми переломами.

Чем отличается жесткая вода от мягкой

Разница проявляется в следующих моментах:

Концентрация и тип растворенных частиц – ключевой фактор, определяющий даже структуру молекул, не говоря уже об органолептических свойствах. Внимание, четких границ в вопросе содержания солей нет – их может быть и 0,5 0Ж, и 4,3 0Ж, причем в одном и том же источнике, в зависимости от сезонности. Можно выделить лишь нижний предел – 0%, и он у дистиллята, то есть у чистой H2O, избавленной от чего-либо вообще и поэтому тоже непригодной для регулярного употребления.

Прозрачность и цвет – примеси меняют оттенок или даже окрас жидкости, делая ее мутной, желтоватой, зеленоватой. Во время кипячения она часто светлеет именно потому, что посторонние вещества оседают и остаются на стенках чайника (или другой емкости).

Взаимодействие с предметами – нужно смотреть, как влияет на окружение жесткая и мягкая вода: отличие второй в том, что она нейтральна к металлическим поверхностям, в то время как соли первой вступают в химические реакции с трубами и ТЭНами и откладываются на них в виде твердых пород, а их потом проблематично удалить.

Хотя главная практическая разница лежит не в затратах и бытовой экономии, а заключается в том комплексном эффекте, который две жидкости оказывают на наше здоровье при регулярном их употреблении. Как мы уже выяснили, если пить лишь одну из них, проблемы в любом случае возникнут, вопрос только в том, какие разовьются заболевания. Поэтому стоит соблюдать баланс и озаботиться вопросом очистки – чтобы удалять соли, но не полезные минералы.

Источник