天然冰侧向融化速率的实验室试验研究

摘要

为了连续观测天然冰侧向融化的物理过程,利用冬季现场采集的天然冰样,在低温实验室内模拟了无辐射、静水的纯热力学试验条件,开展了不同尺寸、不同水温条件下的天然冰样融化试验。根据试验结果,分析了冰样侧向边界形状变化的过程和影响侧向融化速率的因素。结果表明,融化过程中冰样局部内凹,冰厚变薄,且越靠近底层侧向融化量越多。冰厚和直径越大,融化速率越小,因为冰厚和直径的增大使得冰样需要吸收更多由水体传输的热量,导致水温下降从而减缓了冰的融化;冰密度越小,融化速率越大,原因是水体渗入冰内非封闭孔隙或卤水通道加快了冰的融化。对冰样侧向融解潜热通量与冰-水侧向接触面积和孔隙率关系进行拟合,曲面体现出冰样与水的侧向接触面积越小、孔隙率越大时融化速率越大的特点。冰样形状特征的改变也会使其对热力作用的响应发生变化,四种不同冰样形状的融化试验结果显示,侧向融化速率从大到小依次为直角三角形、圆形、梯形和方形。