水流动的地方为什么不易结冰.doc
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水流动的地方为什么不易结冰背景:在家里我们会发现一种现象,从冰箱冰冻仓拿出来的海鲜放在水龙头下用流动的水冲,海鲜上的冰会融化得快些,这说明了一个问题“水流动的地方不易结冰”。但我们只是发现了这么个问题,却不太了解产生这种现象的原因,通过一些资料我获得了一些可以解释该问题的解答。关键词:流动结冰分子运动热传递对流粘连正文:关于水流动的地方为什么不易结冰的问题可以从多角度进行解释。比如说分子运动,热传递,热对流等角度都可以解释该问题。首先应该明确一点,那就是水流动的地方是不容易结冰,而不是不会结冰,一个最好的例子就是,每年黄河中上游都会发生凌汛,所谓凌汛,是指冰凌对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的水文现象。流动的水结冰的容易程度,一方面取决于水质的高低,河水易结冻,而海水不易;另一方面取决于水流动的状态,如果流动非常平稳,属于理想的层流状态时,水的流动只是相对参照而言的,整体还是相对不动的,这种状态也容易结冻;而如果是湍流状态的话,剧烈和频繁的传质和传热导致与冷源界面温度不稳定,结冻非常困难。从热传递的角度看,水是可以和外界环境进行热传递的,因此受到外界温度的影响。如果把有水流动的管道和环境看成一个换热器,首先,传热是一个过程,就有一个停留时间的问题。水不流动,停留时间无限长,最终会接近环境温度,环境温度低就结冰了。水是流动的,虽然其温度也会受环境温度的影响,但是,停留时间短,温度改变有限。所以,很多循环水管线都有防冻管线,即水冷器不用时,有根细管跨越水冷器保证循环水的流动。从分子运动的角度看,分子运动是无休止的,冰跟固体也有,水结冰是由液态向固态的转变,相对于液态时结冰就是水转变成有规则的物体过程,类似于晶体由晶核逐渐长大的过程,正是这种流动状态不利于晶体的长大,所以不易于结冰。从大气的冷却能力与被冷却物体的热容量之间的比较看,水一流起来,单位时间内通过单位区域的物质量就多,热容量也就要变大。而这个单位区域里大气的冷却能力却是不变的。因此流水就要比静水难降温,因此也就比静水难结冰。从对流的角度看,由于水的密度与温度的关系与其他物质大不相同,它在4°C存在一个密度最大值,这个温度的水是沉在最下面的,这样如果是一潭死水,无法由于温差的原因出现上下层对流了,此时的传热也只能靠热传导来缓慢地进行。而水流动起来,情况就会大不相同了。在很理想的光滑底面的水渠中流动或许可以保持完美的层流状态,一旦水底的某些对流动起阻碍作用的障碍物,水的层流就会被破坏,就可能在一定范围内产生一些漩涡、湍流,而这些漩涡和湍流,就有可能使底部较高温度的水向上流动,而上面较低温度的水向下流动,这样带上来的热量阻碍表层水的降温和结冰。从冰屑粘连是否稳定的角度看,有些时候,0°C的水面上可以形成一些小块的浮冰或者更小的冰晶。如果冰屑夹杂在水中流动的时候,我们可能就不会注意到那些细小的冰屑,抓住的主要特征是水的流体特征。一旦冰屑粘结在一起形成了大块儿的表面粗糙、透明度很差、里面夹杂气孔的冰块,我们才会认为发生了结冰,在流动的情况下,冰屑之间不断地分分合合,没有充足的时间形成稳定的粘连,使得流动性得到最大限度的保持,也是造成其不易结冰现象的一种原因。相比之下,静水更容易结成大块的冰。