Скорость испарения при обдуве водной поверхности замедляющимся воздушным потоком

И. Н. Иванова✉, О. Н. Мельникова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия

✉ e-mail: ivair@yandex.ru

Аннотация

Цель. Исследовать влияние продольного профиля скорости воздушного потока на процесс испарения, рассмотреть ускоряющийся, равномерный и замедляющийся потоки воздуха – цель настоящей работы.

Методы и результаты. В лабораторном эксперименте изучался процесс испарения с поверхности воды, обдуваемой ветром, скорость которого заключалась в диапазоне 0,68–7 м/с. Эксперименты проводились в прямом ветро-волновом канале при различной конфигурации поля ветра, обусловленной выбором параметров установки. Был использован открытый канал и канал, частично накрытый съемной крышей. Наклонная крыша и заданная скорость воздушного потока позволяли получить ускоряющийся, равномерный и замедляющийся потоки воздуха. Определялся объем испарившейся жидкости при фиксированных значениях скорости воздушного потока, температуры воды и воздуха, температуры поверхности воды, относительной влажности воздуха. Скорость испарения определялась с плоской поверхности воды и при наличии ветровых волн, крутизна которых менялась в диапазоне 0,1 < ak < 0,31.

Выводы. Обнаружено, что скорость испарения с плоской поверхности существенно выше в замедляющемся потоке воздуха по сравнению с равномерным и ускоряющимся. При наличии ветровых волн в замедляющемся потоке воздуха скорость испарения растет при увеличении крутизны волны. Дополнительное увеличение испарения возникает при наличии капиллярных волн на переднем склоне нелинейных ветровых волн.

Ключевые слова

испарение, скорость испарения, давление насыщенных паров, естественная конвекция, пограничный слой, вихри в пограничном слое, тормозящиеся потоки жидкости, ветровые волны

Благодарности

Исследование выполнено в рамках государственного задания Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Информация об авторах

Иванова Ирина Николаевна, доцент кафедры физики моря и вод суши физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М. В. Ломоносова, д. 1, стр. 2), кандидат физико-математических наук, ResearcherID: Q-7915-2018, Scopus Author ID: 7201988053, ORCID ID: 0000-0001-5177-7694, SPIN-код: 2075-2400, ivair@yandex.ru

Мельникова Ольга Николаевна, старший научный сотрудник кафедры физики моря и вод суши физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М. В. Ломоносова, д. 1, стр. 2), доктор физико-математических наук, доцент, ResearcherID: A-3322-2014, Scopus Author ID: 56976261000, ORCID ID: 0000-0002-8096-5093, SPIN-код: 6500-4931, olamel@yandex.ru

Для цитирования

Иванова И. Н., Мельникова О. Н. Скорость испарения при обдуве водной поверхности замедляющимся воздушным потоком // Морской гидрофизический журнал. 2026. Т. 42, № 3. С. 436–446. EDN KBBFUV.

Ivanova, I.N. and Melnikova, O.N., 2026. Rate of Evaporation when Water Surface is Blown by a Decelerating Air Flow, Physical Oceanography, 33(3), pp. 471-481.

Список литературы

  1. Панин Г. Н., Насонов А. Е., Фокен Т. Испарение и теплообмен водоема с атмосферой при наличии мелководий // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42, № 3. С. 367–383. EDN OPJZUL.
  2. Панин Г. Н., Гречушникова М. Г., Пуклаков В. В. Адаптация модели тепло-массообмена водоема с атмосферой с учетом эффекта мелководий на примере Иваньковского водохранилища // Водные ресурсы. 2011. T. 38, № 6. С. 753–761. EDN OJHDBF.
  3. Benilov A. Yu., Kuznetsov O. A., Panin G. N. On the analysis of wind wave-induced disturbances in the atmospheric turbulent surface layer // Boundary-Layer Meteorology. 1974. Vol. 6. P. 269–285. EDN XPVFPU. https://doi.org/10.1007/BF00232489
  4. Китайгородский С. А., Кузнецов О. А., Панин Г. Н. О коэффициенте сопротивления, теплообмена и испарения и расчетах потоков импульса, тепла и влаги над морской поверхностью в атмосфере // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1973. Т. 9, № 11. С. 1135–1141.
  5. Голицын Г. С., Грачев А. А. Скорости и тепломассообмен при конвекции в двухкомпонентной среде // Доклады АН СССР. 1980.Т. 255, № 3. С. 548–552.
  6. Rusu E., Onea F. Evaluation of the wind and wave energy along the Caspian Sea // Energy. 2013. Vol. 50. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.11.044
  7. Гиппиус Ф. Н., Архипкин В. С., Фролов А. В. Сезонный ход испарения с поверхности Каспия с учетом влияния волнения и глубины моря // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2016. № 5. С. 86–92. EDN XSERYN.
  8. Сапрыкина Я. В., Кузнецов С. Ю., Дивинский Б. В. Влияние процессов нелинейной трансформации волн в береговой зоне моря на высоту обрушающихся волн // Океанология. 2017. Т. 57, № 3. С. 425–436. EDN YTLWNF. https://doi.org/10.7868/S0030157417020186
  9. The impact of wind speed on the rate of water evaporation in a desalination chamber / R. Wirangga [et al.] // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2023. Vol. 106, iss. 1. P. 39–50. EDN DFJRGA. https://doi.org/10.37934/arfmts.106.1.3950
  10. Longuet-Higgins M. S. The generation of capillary waves by steep gravity waves // Journal of Fluid Mechanics. 1963. Vol. 16, iss. 1. P. 138–159. https://doi.org/10.1017/s0022112063000641
  11. Дружинин О. А., Троицкая Ю. И., Ву Т. Ц. Прямое численное моделирование турбулентного пограничного слоя над взволнованной водной поверхностью: эффекты капиллярной ряби // Вычислительные технологии в естественных науках. Методы суперкомпьютерного моделирования. Сборник трудов. Москва : Институт космических исследований РАН, 2017. С. 84–100. EDN YQEIQT.
  12. Оценка деформации поверхностей воды и песка в ветровом канале / П. Ю. Волков [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37, № 6. С. 834–841.
  13. Мельникова О. Н., Ян Х. Устойчивость ламинарного течения на границе равномерного и замедляющегося потоков // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2022. Т. 86, № 2. С. 247–251. EDN UECGHE. https://doi.org/10.31857/S036767652202020X
  14. Novikov E. A. Transformation of a vortex ring, initiated by a downburst, into a horseshoe vortex in the boundary layer // Boundary-Layer Meteorology. 1987. Vol. 38. P. 305–309. https://doi.org/10.1007/BF00122449
  15. Effects of current on wind waves in strong winds / N. Takagaki [et al.] // Ocean Science. 2020. Vol. 16, iss. 5. P. 1033–1045. EDN REQYDC. https://doi.org/10.5194/os-16-1033-2020
  16. Laboratory and theoretical modeling of air-sea momentum transfer under severe wind conditions / Y. I. Troitskaya [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2012. Vol. 117, iss. C11. C00J21. EDN GBCOAZ. https://doi.org/10.1029/2011JC007778
  17. Air Sea Interaction under Hurricane Wind Conditions / Yu. I. Troitskaya [et al.] // Recent Hurricane Research – Climate, Dynamics, and Societal Impacts / Ed. A. Lupo. InTech, 2011. P. 247–268. https://doi.org/10.5772/15385
  18. Среднее поле скорости воздушного потока над поверхностью воды при лабораторном моделировании штормовых и ураганных условий в океане / А. А. Кандауров [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 4. С. 455–467. EDN SHLPGH. https://doi.org/10.7868/S0002351514040063
  19. Shah M. M. Methods for Calculation of Evaporation from Swimming Pools and Other Water Surfaces // ASHRAE Transactions. 2014. Vol. 120. Part 2. P. 3–17. EDN YDDVMO.
  20. Tang R., Etzion Y. Comparative studies on the water evaporation rate from a wetted surface and that from a free water surface // Building and Environment. 2004. Vol. 39, iss. 1. P. 77–86. EDN XSABUF. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2003.07.007
  21. Smith C. C., Löef G. O. G., Jones R. W. Rates of evaporation from swimming pools in active use // ASHRAE Transactions. 1998. Vol. 104. P. 514–523.
  22. Мельникова О. Н. Вихри в пограничных слоях тормозящихся потоков воды и воздуха // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2024. Т. 79, № 6. С. 2460901. EDN BSDCRQ. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9392.79.2460901
  23. Иванова И. Н., Мельникова О. Н. Оценка скорости испарения с поверхности воды в ускоряющемся, равномерном и замедляющемся потоке воздуха // Научная конференция «Ломоносовские чтения». Секция физики. Сборник тезисов докладов. Москва : Физический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, 2025. С. 154–156.
  24. Мельникова О. Н., Показеев К. В., Шабров М. Н. Генерация ветровых волн вихрями в тормозящихся потоках воздуха // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2017. Т. 81, № 1. С. 102–105. EDN XRBVRP. https://doi.org/10.7868/S0367676517010185
  25. Мельникова О. Н., Показеев К. В. Оценка деформации поверхности воды вихрями в вязком слое горизонтального тормозящегося потока воздуха // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2017. № 3. С. 107–110. EDN ZDWQKD.
  26. McMillan W. Heat dispersal – Lake Trawsfynydd cooling studies // Symposium on Freshwater Biology and Electrical Power Generation. Part 1. United Kingdom, Leatherhead : Central Electricity Generating Board, 1971. P. 41–80.
  27. Орвос M., Сзабо В., Пус T. Скорость испарения со свободной поверхности нагретой жидкости // Прикладная механика и техническая физика. 2016. Т. 57, № 6. C. 168–179. EDN XQZVLX. https://doi.org/10.15372/PMTF20160619
  28. Экспериментальное исследование испарения капли жидкости на нагреваемой твердой поверхности / А. А. Семенов [и др.] //Теплофизика и аэромеханика. 2015. T. 22, № 6. С. 801–804. EDN VILUQX.

Файлы

Полный текст

JATS XML

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.