Как измерять плотность снега

Сколько весит сухой и мокрый снег?

Время от времени СМИ сообщают, что в здании зимой провалилась крыша. Такие неприятности происходят из-за неверно рассчитанной снеговой нагрузки. Чтобы не ошибиться в проектировании кровли, нужно учитывать удельный вес снега.

Удельный вес снега в зависимости от его характеристик

Даже свежевыпавший снег различается по характеристикам. Он бывает сухим или мокрым, в виде пушистых хлопьев или мелкой крупы. Сухой свежевыпавший снег, не уплотненный собственной массой, практически невесом. Со временем снежная масса уплотняется. Сугробы, образованные ветровыми переметами, тоже гораздо плотнее, чем недавно выпавший снег.

Мокрый снег гораздо тяжелее сухого. Вода вытесняет содержащийся между кристаллами льда воздух, что приводит к увеличению плотности. Причины увлажнения снега:

• снег сразу выпадает мокрым, в таком виде он быстрее уплотняется под действием силы собственной тяжести;
• дождь;
• подтаивание от внешнего тепла.

К концу зимы снежная масса настолько уплотняется от времени и оттепелей, что мелкие кристаллы льда слипаются в крупные гранулы. Такая субстанция называется фирн. Плотность мокрого фирна приближается к характеристикам льда.

Плотность снега с разными характеристиками в килограммах на м 3 :

1. Свежевыпавший пушистый сухой – от 30 до 60.
2. Свежевыпавший мокрый – от 60 до 150.
3. Свежевыпавший осевший – от 200 до 300.
4. Ветровой перенос – от 200 до 300.
5. Сухой осевший, выпавший более месяца назад – от 300 до 500.
6. Сухой фирн – от 500 до 600.
7. Мокрый старый фирн – от 600 до 800.
8. Очень увлажненный снег и глетчерный лед – до 960.

Среднюю плотность снега принимают за 300 кг/м 3 , так как в сугробе присутствует и плотный слежавшийся снег, и выпавший недавно.

От чего зависит плотность снега?

Плотность снега связана со следующими условиями:

• температура воздуха;
• дождь или град, прошедшие после снега;
• время после снегопада.

Расчет удельного веса

Понятие удельного веса сложнее, чем плотность. Удельный вес – это произведение плотности вещества на ускорение свободного падения. Последний показатель несколько отличается в разных частях планеты, но в большинстве расчетов применяют среднее значение 9,81 м/с 2 . Результат измеряют в ньютонах на кубометр или в килограмм-силе на кубометр (Н/м 3 , кгс/м 3 ).

Общая формула расчета удельного веса: y=m*g/v, где y – удельный вес, m – масса, g – ускорение свободного падения, v – объем.

В быту и расчетах, где не обязательна высокая точность, вместо удельного веса достаточно применять плотность. Ее вычисляют по формуле p=m/v.

Иногда применяют относительную плотность. Она указывает на то, во сколько раз нужное вещество тяжелее воды. Относительная плотность снега меньше единицы, так как даже самый плотный снег и лед легче, чем вода.

Нормативная и расчетная снеговая нагрузка

При проектировании крыш зданий инженеры рассчитывают снеговую нагрузку. Нормативная нагрузка подразумевает расчет балок, выдерживающих массу снега без деформации. Расчетная нагрузка учитывает возможные отклонения от нормы.

Результат расчетной нагрузки получают, умножив норматив на коэффициент 1,4. При вычислении нормативной снеговой нагрузки применяют данные снеговых карт, в которых для каждой местности подсчитана масса снежного покрова на квадратный метр.

Иногда территориальные строительные нормы не совпадают с рекомендациями снеговой карты для конкретного района. В таком случае для расчета нагрузок лучше выбрать больший вариант. Важно учитывать углы наклона скатов, направление господствующих ветров, потенциальные участки скопления снега в крышах сложной конфигурации.

Очистка крыш от снега и наледи: как и когда чистить?

Услуги по вывозу снега: цена, нужна ли лицензия, договор

Вывоз и утилизация снега: правила, договор, лицензия

Удельный вес строительного мусора в 1 м3: таблица, расчет плотности

Очистка дорог от снега: улиц, дворов, загородом

Как перевести метры кубические в тонны ТБО? (Калькулятор)

Кто занимается уборкой снега во дворах, придомовой территории, дорогах, тротуарах?

Какая плотность у бытового мусора и как его объем перевести в тонны?

Определение класса энергоэффективности здания

Влияние кислотных дождей на окружающую среду

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Расчет объема образования твердых коммунальных отходов

Источник

Плотность снега и запас воды в снежном покрове

Плотность снега d определяется из отношения массы снега m к его объему V, т.е.

Следовательно, задача определения плотности снежного по­крова сводится к взятию пробы снега и последующему определе­нию его объема и массы воды, заключенной в этой пробе.

Пример. Объем взятой пробы снега составляет 1890 см 3 , а масса воды в этой пробе 500 г. Определить плотность снега.

d = 500/1800 = 0,28 г/см 3 .

Запас воды в снежном покрове зависит от его высоты и плот­ности. Высоту слоя воды (мм), образующейся после таяния снега, можно вычислить по формуле

где h – в см, d – в г/см 3 .

Пример. Определить запас воды в снежном покрове, если высота его 40 см, а плотность 0,2 г/см 3 .

z = 40∙0,2∙10 = 80 мм.

Задачи и упражнения

7.11. Масса взятой пробы снега составляет 240 г, а объем его 1200 см 3 . Сколько литров воды приходится на площадь 10 4 м 2 при условии равномерного залегания снежного покрова высотой 50 см?

7.12. В горных местностях высота снежного покрова достигает 4 м. Сколько литров воды приходится на 1 м 2 поверхности при средней плотности снега 0,4 г/см 3 ?

7.13. Объем взятой пробы снега составляет 2200 см 3 , а объем воды, образовавшейся при таянии этой пробы снега, составляет 550 см 3 . Какова плотность снега?

7.14. Наибольшая высота снежного покрова 110 см наблю­дается в среднем течении Енисея. Какой слой воды образуется при таянии снега, если средняя плотность его составляет 0,2 г/см 3 ?

7.15. Свежевыпавший рыхлый снег при слабом ветре и низкой температуре имеет плотность 0,04 г/см 3 , а весной при оттепелях плотность снега может достигнуть 0,7 г/см 3 . Какой слой воды образуется в первом и во втором случаях при средней высоте снежного покрова 40 см?

7.16. Какой слой воды образуется при таянии снега, если объем взятой пробы снега составляет 288 см 3 , объем воды, обра­зовавшейся при таянии этого снега, равен 900 см 3 , а высота снежного покрова 60 см?

ГЛАВА 8. ДАВЛЕНИЕ И ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА

Единицы давления

Единицей давления воздуха служит паскаль (Па), равный силе 1 ньютон (Н), действующей на площадь 1 м 2 .

1 Па = 1 Н/м 2 , (8.1)

Практически давление воздуха выражают в гектопаскалях (1 гПа = 10 2 Па) с точностью до десятых долей. До недавнего времени в метеорологии в качестве единицы давления воздуха использовался миллибар (мбар): 1 мбар = 1 гПа.

За стандартное атмосферное давление на уровне моря прини­мается давление, равное 1013,25 гПа.

В метеорологии за нормальное давление нередко принимают давление, равное 1000 гПа.

Задачи и упражнения

8.1. Перевести в Па атмосферное давление 10 кН/м 2 .

8.2. Абсолютный максимум атмосферного давления на земном шаре, равный 1083,8 гПа (приведен к уровню моря), зарегистри­рован на ст. Агата в декабре 1968 г., а абсолютный минимум давления, равный 877 гПа, – в тайфуне над Тихим океа­ном в сентябре 1958 г. На сколько отличалось атмосферное давле­ние от стандартного в обоих случаях?

8.3. В Улан-Удэ среднее годовое атмосферное давление (при­веденное к уровню моря) составляет 1020,9 гПа. На сколько отли­чается указанное давление от нормального?

8.4. Определить массу (в кг) столба воздуха сечением 1 см 2 , простирающегося до верхней границы атмосферы при нормальном давлении.

8.2. Плотность воздуха . Виртуальная температура

Плотность сухого воздуха (ρ) определяется из уравнения со­стояния Менделеева—Клапейрона

где р – давление, Т – температура (К), R – удельная газовая постоянная сухого воздуха, равная 287 м 2 /(с 2 ∙К).

Пример. Определить плотность сухого воздуха при температуре 273,2 К и атмосферном давлении 1013,3 гПа.

Плотность влажного воздуха определяется по формуле

(8.3)

где е – парциальное давление водяного пара.

Пример. Определить плотность воздуха при температуре 15°С, атмосфер­ном давлении 1040 гПа при парциальном давлении водяного пара 11,5 гПа.

Здесь давление в паскалях, а температура в Кельвинах.

Виртуальной температурой называется такая температура, ко­торую должен иметь сухой воздух, чтобы его плотность была равна плотности влажного воздуха при том же давлении. Вирту­альная температура определяется по формуле

(8.4)

Используя виртуальную температуру, к влажному воздуху можно применять уравнение состояния и другие соотношения, справедливые для сухого воздуха. Таким образом, формула для плотности влажного воздуха примет вид

Пример. Определить виртуальную температуру массы воздуха, темпера­тура которой 300 К, парциальное давление водяного пара 18,5 гПа при атмо­сферном давлении 990 гПа.

Задачи и упражнения

8.5. Вычислить плотность сухого воздуха при стандартном атмосферном давлении и температуре 0°С.

8.6. Определить плотность сухого воздуха при атмосферном давлении 970 гПа и температуре –73,2°С.

8.7. Ha сколько изменится плотность сухого воздуха при стан­дартном атмосферном давлении, если температура изменится от +50°С до –50 °С?

8.8. В Долине Смерти (США) зафиксирован абсолютный мак­симум температуры воздуха, равный 58°С. Определить плотность сухого воздуха при этих условиях, если атмосферное давление 1000 гПа.

8.9. В Антарктиде зафиксирован минимум температуры воздуха, равный –88,3°С. Какова при этом была плотность сухого воздуха, если давление составляло 740 гПа?

8.10. Какова плотность воздуха на ст. Ледник Федченко (z = 4169 м) при давлении 600 гПа и температуре –10°С?

8.11. В умеренных широтах тропопауза располагается в сред­нем на высоте 11 км, при этом средняя температура и давление здесь равны соответственно -55°С и 217 гПа. На экваторе высота тропопаузы 18 км. Определить плотность сухого воздуха в тропопаузе в умеренных широтах и над экватором, если над экватором температура –75°С и давление 120 гПа.

8.12. Самая низкая температура в стратосфере Арктики, рав­ная -83,3°С, наблюдалась на высоте 29,9 км при атмосферном давлении 52,4 гПа. Какова при этом была плотность воздуха на указанной высоте?

8.13. На высоте 500 км днем температура равна 1830 К при давлении 3,33∙10 -6 гПа, а ночью температура составляет 1186 К при давлении 1,47∙10 -8 гПа. Определить суточные колебания плот­ности на указанной высоте.

8.14. При каком атмосферном давлении плотность воздуха при температуре 290 К равна 1,2 кг/м 3 ?

8.15. Какова плотность сухого воздуха в стратопаузе на высоте 50 км, где температура в среднем составляет 0°С, а атмосферное давление 0,85 гПа?

8.16. Какова плотность воздуха в мезопаузе (z = 90 км), тем­пература которой –80°С, а атмосферное давление равно прибли­женно 1 Па?

8.17. Вычислить плотность воздуха с насыщенным водяным паром при температуре 0°С и атмосферном давлении 1000 гПа.

8.18. Какова плотность воздуха при температуре 300 К, атмо­сферном давлении 1000 гПа и парциальном давлении водяного пара 10,3 гПа?

8.19. На сколько отличается плотность насыщенного водяным паром воздуха при температуре 25°С, атмосферном давлении 1010 гПа от плотности сухого воздуха при тех же значениях тем­пературы и давления?

8.20. Определить плотность воздуха при температуре 290 К, давлении 99∙10 3 Па и относительной влажности 50%.

8.21. Воздух, плотность которого 1,0 кг/м 3 имеет температуру 27°С при парциальном давлении водяного пара 10 гПа. При каком атмосферном давлении возможно такое состояние?

8.22. При каком атмосферном давлении воздух с насыщенным водяным паром, находящийся при температуре 20°С, может иметь плотность, равную 1,0 кг/м 3 ?

8.23. Какую температуру должен иметь сухой воздух, чтобы его плотность равнялась плотности влажного воздуха, имеющего температуру 7°С при атмосферном давлении 1000 гПа и парциаль­ном давлении водяного пара 5 гПа?

8.24. Какую температуру должен иметь сухой воздух, чтобы его плотность равнялась плотности влажного воздуха, имеющего температуру 290 К при атмосферном давлении 1050 гПа и пар­циальном давлении водяного пара 10 гПа?

8.25. Определить виртуальную температуру, если атмосферное давление 910 гПа, температура воздуха 250 К, относительная влажность 50%.

8.26. Какова виртуальная температура насыщенного водяным паром воздуха при атмосферном давлении 950 гПа и темпера­туре 3°С?

8.27. Определить температуру воздуха при атмосферном дав­лении 960 гПа и парциальном давлении водяного пара 10 гПа, если виртуальная температура равна 25,6°С.

8.28. Какова плотность влажного воздуха при давлении 900 гПа и виртуальной температуре 270 К?

8.29. При какой виртуальной температуре плотность влажного воздуха составляет 1,3 кг/м 3 , если атмосферное давление 1020 гПа?

8.30. Определить виртуальную температуру воздуха при темпе­ратуре 250 К, атмосферном давлении 8∙10 4 Па, если дефицит насыщения составляет 30 Па.

8.31. Определить разность между виртуальной и молекулярной температурами (виртуальную разность) при температуре 22°C, атмосферном давлении 1000 гПа и относительной влажности 40 %.

8.32. На сколько отличается плотность сухого воздуха от плот­ности воздуха с насыщенным водяным паром при температуре 40°С и нормальном давлении?

8.33. Воздух с насыщенным водяным паром имеет темпера­туру 18°С при атмосферном давлении 1020 гПа. Какое должно быть атмосферное давление, чтобы сухой воздух при той же тем­пературе имел такую же плотность, как и насыщенный?

8.34. Температура воздуха равна 22°С при парциальном дав­лении водяного пара 15 гПа и атмосферном давлении 1000 гПа. Какое давление должен иметь сухой воздух, чтобы его плотность равнялась плотности влажного воздуха?

8.35. У поверхности земли при стандартном атмосферном дав­лении температура воздуха 27°С, а на высоте 2 м в психромет­рической будке температура 25°С. Каково изменение плотности в двухметровом слое воздуха?

8.36. Как изменится плотность сухого воздуха с высотой, если у земли атмосферное давление нормальное, температура 273 К, вертикальный градиент температуры 3,42°С/100 м?

8.37. На сколько изменится плотность с высотой в шестнад­цатиметровом слое воздуха при изотермии, если у поверхности земли атмосферное давление нормальное и температура воздуха равна 273 К?

8.38. У поверхности земли температура воздуха 250 К и дав­ление 105∙10 3 Н/м 2 . На сколько изменится плотность сухого воз­духа с высотой в инверсионном слое мощностью 24 м при верти­кальном градиенте температуры –1,0°С/100 м?

8.39. У поверхности земли воздух с насыщенным водяным па­ром при температуре 293 К. На высоте 200 м относительная влажность равна 50%. Как изменится плотность воздуха с высо­той в указанном слое, если у земли атмосферное давление 1020 гПа, а вертикальный градиент температуры равен сухоадиабатическому?

Последнее изменение этой страницы: 2019-03-20; Просмотров: 1741; Нарушение авторского права страницы

Источник