蒸发计算方法综述

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液体蒸发量的计算

液体蒸发量的计算

液体蒸发量的计算液体蒸发量的计算本计算方法适用于硫酸的酸液蒸发量的计算,其计算公式如下:Gz=M (0.000352+0.000786V)P·F式中,Gz——液体的蒸发量,kg/h;M ——液体的分子量,98;V ——蒸发液体表面上的空气流速,m/s,以实测数据为准,无条件实测时,一般可取0.2-0.5,取0.35;P——相应于液体温度下的空气中的蒸气分压力,mmHg。

当液体重量浓度高于10%时,可查表5-150。

25度取23.756 mmHgF——液体蒸发面的表面积,m3。

(取0.25m 开口直径,一个罐开口)表5-150 溶液蒸气压(mmHg)44 756 442 .2025. 55. 112 518 209 324 .5126. 58. 118 231 739 .0428. 3671 123 987 349 .80 .96 214 .17)*23.756*0.049=0.071kg/h,考虑 2 个罐同时打开情况,0.143 kg/h发烟硫酸是浓度超过100%的硫酸,也就是它含有游离的三氧化硫气体.该液体在敞开状态时,由于三氧化硫气体的逸出,三氧化硫气体与空气中的水分有很强的结合性,形成白色酸雾,好象冒烟一样,故称发烟硫酸.浓硫酸一般指浓度大于75%的硫酸。

两者环境影响截然不同,普通硫酸是随水蒸气挥发产生的污染。

按《危险化学品重大危险源辨识》GN18218-2009发烟硫酸量大于100 吨就构成重大危险源,三氧化硫大于75 吨就重大危险源,而普酸数量再多也不构成重大危险源。

按照《建设项目环境风险评价技术导则》三氧化硫生产场所30 吨,贮存场所75 吨为临界量。

硫酸厂卫生防护距离标准。

蒸发计算和流程PPT课件

蒸发计算和流程PPT课件

c p,0 c p,w (1 w0 ) c p,bw0 c p,w (c p,w c p,b )w0 代入热流量公式得:
qm,vr0 qm,0c p,0 (t t0 ) qm,wr L
2020/r20/27 生蒸汽冷凝热J/kg
r 二次蒸汽冷凝热 J/kg 7
2020/2/27
加热 蒸汽
冷凝水
完成液
1
单效蒸发流程:
不凝性气体
蒸发流程
冷却水
二次蒸汽
料液 加热蒸汽
1
5 4 3 2
冷凝水
1-加热管; 2-加热室;
3-中央循环管; 4-蒸发室; 5-除沫器; 6-冷凝器
完成液

硝酸铵水溶液蒸发流程
2
(3) 几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽):蒸发过程所用的加热蒸汽; * 完成液:浓缩后的溶液; * 单效蒸发 :产生的二次蒸汽不加利用,直接冷凝排出; * 多效蒸发:二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
蒸发水量:
qm,w
qm,0 (1
w0 ) w
料液 qm0,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽 qmv,T,H
二次蒸汽 qmwT’,H’
加热室
完成液
qm0-qmw,w, t,c,h
完成液浓度:
2020/2/27
w qm,0w0 qm,0 qm,w
蒸汽冷凝水 qmv,T,hw
单效蒸发的物料衡算,热量衡算示意图
b)维持一定液位,液柱作用使下部溶液沸点上升;
即:液柱静压头引起沸点升高 。t
c)二次蒸汽从蒸发室流向冷凝器时,由于存在阻力而压力降低
使冷凝器中二次蒸汽温度低于室中二次蒸汽的温度 t 。

单效蒸发计算

单效蒸发计算

7.4.1单效蒸发过程的数学描述 一、物料衡算 二、热量衡算 1、准确解 D r0 = F(I- i0 ) + W(I-i) + Q损 2、近似解 对浓缩热不大的溶液,其热焓可 由其比热容近似计算。 设 c0 、c — 原料液、完成液的比热 以0℃为基准温度 D r0 = F(I- i0 ) + W(I-i) + Q损
k—— 杜林线斜率
式中:TˊB、TB——压力为pˊ、p下溶液的沸点 Tˊw、Tw——压力为pˊ、p下水的沸点
(2) 液柱静压头
特点:某些具有长加热管的蒸发器,液面深度可达3~6m
即: pm = p + (1/5) Lρg
则 Δˊˊ= tm – t
tm 、t ——pm 、p下水蒸气的沸点
又因 Δˊ= TB - Tw
Dro = F co (t一t0) +W r + Q损
蒸发器的热负荷为: Q= D r0
7.4.1单效蒸发过程的数学描述 三、 蒸发速率与传热温度差
一、物料衡算 二、热量衡算
1、 传热速率 设: 热流体是温度为T0的饱 和蒸汽
冷流体是沸点为t的沸腾溶液
∴ 传热推动力沿传热面不变
则 传热速率为 Q = Dro = KA(T0—t)
∴ 溶液的平均温度
t = t0 +Δˊ+Δˊˊ= t0 +Δ
t0 ——操作压力下水得饱和温度
则:蒸发过程的传热温差 Δt = T- t = (T- t0) –Δ
一般:Δ 称为温差损失
7.4.1单效蒸发过程的数学描述 三、 蒸发速率与传热温度差
一、物料衡算 二、热co (t一t0) +W r + Q损 或 D r0 = F(I- i0 ) + W(I-i) + Q损 Q = Dro = KA(T0—t)

单效蒸发计算

单效蒸发计算
单效蒸发计算
7.1 概述
(1)蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂,将溶液增溶至饱和状态,随后加 以冷却,
析出固体产物,即采用蒸发,结晶的联合操作以获得固体溶 质。
③ 除杂质,获得纯净的溶剂。
7.1 概述 (2)蒸发的流程
7.1 概述
(3)加热蒸汽和二次蒸汽 加热蒸汽:用于加热的蒸汽 二次蒸汽:由溶液蒸发出来的蒸汽
条 45 对角线,即水的
沸点线,其它浓度下溶 液的沸点线大致为一组 平行直线。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失 —(1)溶液的沸点升高和杜林规则
由该图可以看出:
① 浓度不太高的范围 内,由于沸点线近似为一 组平行直线,因此可以合 理的认为沸点的升高与压 强无关,而可取大气压下 的数值;
② 在高浓度范围内只 要已知两个不同压强下溶 液的沸点,则其他压强下 的溶液沸点可按杜林规则 进行计算。
7.2.2 蒸发设备中的温度差损失
蒸发器中的传热温差: Δtm =(Ts - t) 加热蒸汽的温度: Ts(若为150 ℃ ) 蒸发室的压力为1atm而蒸发的又是水: t = T =100℃ 此时的传热温差最大,用ΔtT表示:
tT T s T 15 10 0 500
如果蒸发的是30%的NaOH水溶液,在常压下其沸点是高 于100℃。若其沸点t = 120℃,则有效传热温差,
(4)分类 ① 按蒸发操作空间的压力可分为:常压,加压,或者减
压(真空)蒸发。 ② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。
7.1 概述
(5)蒸发操作的特点
① 沸点升高 ② 溶液的性质往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。 ③ 溶剂汽化需吸收大量汽化热,因此蒸发操作是大量耗热 的过程,节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。 ④ 浓溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形 成垢层,使传热过程恶化。

各种蒸发器冷凝器计算

各种蒸发器冷凝器计算

各种蒸发器冷凝器计算蒸发器和冷凝器是热交换器的一种特殊类型,广泛应用于许多工业领域。

蒸发器用于将液体蒸发成气体,而冷凝器则用于将气体冷凝成液体。

在本文中,将讨论各种蒸发器和冷凝器的计算方法。

首先,我们将探讨蒸发器的计算方法。

蒸发器的设计有许多方面需要考虑,包括传热面积、传热系数、蒸发速率等。

1.传热面积计算:传热面积是蒸发器设计的重要参数,它取决于传递热量的需求。

通常,传热面积可以通过以下公式计算:A = Q/(U × ∆Tlm)其中,A表示传热面积,Q表示传热量,U表示传热系数,∆Tlm表示温度差的对数平均值。

传热系数和温度差的对数平均值需要根据具体的蒸发器设计和工作条件进行估算。

2. 传热系数计算:传热系数是蒸发器设计的另一个重要参数,它是传导、对流和辐射传热的综合结果。

传热系数可以通过经验公式或实验数据来估算。

一种广泛应用的经验公式是Dittus-Boelter公式:Nu=0.023×Re⁰⁸³⁴⁻⁵⁹!其中,Nu表示Nusselt数,Re表示雷诺数。

雷诺数可以通过液体和气体的运动速度、密度和粘度来计算。

3.蒸发速率计算:蒸发速率是蒸发器设计的关键参数之一,它取决于工作流体的性质和蒸发器的传热性能。

一种简单的估算方法是基于能量平衡:Q = m × h_fg其中,Q表示传热量,m表示蒸发液体的质量流量,h_fg表示蒸发潜热。

接下来,我们将探讨冷凝器的计算方法。

与蒸发器类似,冷凝器的设计也需要考虑传热面积、传热系数和冷凝速率等因素。

1.传热面积计算:传热面积与冷凝速率密切相关,可以通过以下公式计算:A = Q/(U × ∆Tlm)其中,A表示传热面积,Q表示传热量,U表示传热系数,∆Tlm表示温度差的对数平均值。

传热系数和温度差的对数平均值需要根据具体的冷凝器设计和工作条件进行估算。

2. 传热系数计算:传热系数可以通过经验公式或实验数据来估算。

(深度版)深入理解蒸发器热量及面积的计算公式

(深度版)深入理解蒸发器热量及面积的计算公式

(新手版)蒸发器热量与面积计算公式的入门指南1. 引言在化工、食品、医药等行业中,蒸发器是一种常用的设备,用于将液体中的溶剂蒸发掉,从而得到浓缩的溶液。

蒸发器的热量与面积计算是设计和操作蒸发器的重要依据。

本文将为您介绍蒸发器热量与面积计算的基本原理和入门方法。

2. 蒸发器热量计算蒸发器的热量计算主要是根据蒸发过程中所需的热量来进行的。

蒸发所需的热量与溶液的性质、蒸发器的类型和操作条件等因素有关。

以下是蒸发器热量计算的基本步骤:2.1 确定溶液的性质在计算蒸发器热量之前,首先需要了解溶液的性质,包括溶液的成分、初始浓度、最终浓度、沸点等。

2.2 选择蒸发器类型根据溶液的性质和生产需求,选择合适的蒸发器类型,如单效蒸发器、多效蒸发器、真空蒸发器等。

2.3 计算蒸发所需的热量根据溶液的性质和蒸发器类型,计算蒸发所需的热量。

常用的计算公式有:\[ Q = \frac{m \cdot H}{e} \]其中,\( Q \)表示蒸发所需的热量(kW);\( m \)表示溶液的质量流量(kg/h);\( H \)表示溶液的焓变(kJ/kg);\( e \)表示蒸发器的蒸发效率。

3. 蒸发器面积计算蒸发器的面积计算是为了确定蒸发器的尺寸,以便满足生产需求。

蒸发器面积计算的基本步骤如下:3.1 确定蒸发器的生产能力根据生产需求,确定蒸发器的生产能力,如溶液的蒸发量(kg/h)。

3.2 选择蒸发器的型号和参数根据溶液的性质和生产需求,选择合适的蒸发器型号和参数,如蒸发器的有效面积、加热功率等。

3.3 计算蒸发器的面积根据蒸发器的型号和参数,计算蒸发器的面积。

常用的计算公式有:\[ A = \frac{Q}{P} \]其中,\( A \)表示蒸发器的面积(m²);\( Q \)表示蒸发所需的热量(kW);\( P \)表示蒸发器的加热功率(kW/m²)。

4. 总结本文为您介绍了蒸发器热量与面积计算的基本原理和入门方法。

循环水蒸发损失量计算

循环水蒸发损失量计算
1.基于质量平衡的方法:
这种方法基于循环水系统的进出口水量和化学分析数据,通过水质平衡计算循环水蒸发损失量。

具体步骤为:
1)测量进出口循环水的流量和水质参数;
2)计算循环水系统的总进水量和总出水量;
3)比较进出水量的差异,通过水质平衡计算蒸发损失量。

2.基于湿度差法:
湿度差法是一种常用的计算循环水蒸发损失量的方法。

其基本原理是根据室内外温湿度差异,计算出单位面积上的蒸发量。

具体步骤为:
1)测量并记录室内外湿度、温度和风速等参数;
2)根据这些参数,计算蒸发速率;
3)将蒸发速率乘以水面积和时间即可得到蒸发损失量。

3.基于蒸发皿法:
蒸发皿法是一种简单直观、易于操作的计算蒸发损失量的方法。

具体步骤为:
1)在工作区域或设备周围放置蒸发皿;
2)将蒸发皿内注满水,记录时间;
3)一段时间后,重新称量蒸发皿内剩余的水量;
4)根据蒸发皿内水量的变化,计算蒸发损失量。

在进行循环水蒸发损失量计算时,还需要考虑其他因素,如循环水中的水质、水体的暴露程度、容器材质等。

此外,蒸发损失量的计算结果需要与实际情况进行对比,以评估循环水系统的运营状况和水资源的利用效率。

循环水蒸发损失量的计算对于工业生产和节能措施的实施具有重要意义。

准确计算循环水蒸发损失量有助于合理使用水资源、降低能耗和环保排放,对于实现可持续发展和节能减排目标具有重要的促进作用。

因此,在实践中,工程师和技术人员应根据实际情况选择合适的计算方法,并结合相关参数进行计算,提高计算的准确性和可靠性。

液体蒸发速率计算(干货分享)

液体蒸发速率计算(干货分享 )
当液相和饱和蒸气相平衡共存时,在单位时间内从单位液体表面蒸发出去的 分子的数目(蒸发的分子通量 )应该和在单位时间内凝结到单位液体表面的分 子的数目(凝结的分子通量 )相等。
如果忽略饱和蒸气分子碰到液体表面时的反射,认为碰到液体的分子都要凝 结,就可以用饱和蒸气的分子通量 J 来表示在单位时间内凝结到单位液体表面 的分子的数目(凝结的分子通强为 p、热力学温度为 T 、
分子的平均速率为 v 、分子数密度为 ng、密度为g,分子的质量为 m,摩尔 质量为 ,液体的分子数密度为 nl、密度为l,普适气体常量为 R,圆周率
为 ,则有
u = J/nl = ngv/(4nl) = mngv/(4mnl)
现在如果假定所有从液体表面蒸发出去的分子都立即被抽走,就不必再考虑 刚刚蒸发出去的分子又可能因受到其他分子的碰撞而重新凝结,此时液体表面 会下降,设液体表面下降的速率为u.
u 可以称为液体的蒸发速率,其实就是在单位时间内从单位液体表面蒸发出 去的液体的体积,它等于蒸发的分子通量除以液体的分子数密度,也等于凝结 的分子通量除以液体的分子数密度。
将这些数据代入上式得
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= gv/(4l) = [p/(RT)]
[8RT/()]1/2/(4l) = (p/l)[/(2RT)]1/2.
对于20℃的水,已知 T = 293 K,
p = 2.34103 Pa,
l = 1.00103 kgm-3, = 18.010-3 kgmol-1,R = 8.31 Jmol-1K-1.

蒸发

将溶液加热,使其中部分溶剂气化并不断去除,以提高溶液中的溶质浓度的过程即蒸发。

一、蒸发原理与目的蒸发原理:蒸发是溶液浓缩的单元操作。

它采用加热的方法,使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾,其中的部分溶剂被气化除去,而溶液得到浓缩。

蒸发目的:1. 制取浓缩产品--如浓缩果汁、蔬菜汁。

2. 获得饱和溶液,冷却后使溶质结晶--味精、白糖、精制盐。

3. 制取纯溶剂--蒸馏水、海水淡化等。

从目的看:是使溶剂和溶质分离,属化工分离,传质过程。

从机理看:溶剂分离出来的速率直接取决于供热量或供热速率,属传热过程。

二、基本流程图热源:水蒸汽,一般称为加热蒸汽。

二次蒸汽:当蒸发的物料为水溶液时,蒸发产生的溶剂蒸汽,亦称为水蒸气。

注意:➢加热蒸汽温度高于二次蒸汽温度。

➢料液、加热蒸汽分别在管内、管外流动。

➢二次蒸汽是否利用可将操作分为单效或多效蒸发。

➢蒸发过程进行的必要条件:不断提供热源(加热蒸汽);不断排除二次蒸汽。

三、蒸发过程的特点与方法➢特点:(1) 传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝,另一侧为溶液进行沸腾,故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。

➢(2) 溶液特性有些物料浓缩时易于结晶,结垢;有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性;有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性等。

➢(3) 溶液沸点的改变由于不挥发溶质的存在,溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。

因此,在相同压力下,溶液的沸点高于纯溶剂的沸点,这种现象称为溶液的沸点升高。

溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。

➢(4) 泡沫夹带二次蒸汽常夹带大量液沫,须除去。

➢(5) 能源利用利用二次蒸汽产生的潜热是须考虑。

食品工业蒸发的特点1.热敏性要求低温短时,采用真空蒸发器及液膜式蒸发器2.腐蚀性设备防腐,不锈钢3.粘稠性采用外力强制循环或加搅拌4.发泡性食品沸腾时形成泡沫,加入表面活性剂或采用机械装置消泡5.挥发性∵芳香成分和风味成分易挥发6.结垢性食品中Ca、Mg离子浓缩后产生沉淀;蛋白质、糖、果胶等到受热过度后变性、结块、焦化等;均形成垢层蒸发的分类●自然蒸发--溶液中的溶剂在低于沸点下汽化,例如海盐的晒制。

单效蒸发及计算

单效蒸发及计算 Prepared on 22 November 2020单效蒸发及计算一.物料衡算(materialbalance)对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算,可得由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为(5-1)(5-2)式中F———原料液量,kg/h;W———水的蒸发量,kg/h;L———完成液量,kg/h;x0———料液中溶质的浓度,质量分率;x1———完成液中溶质的浓度,质量分率。

二.能量衡算(energybalance)仍参见图片(5-13),设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出,则由蒸发器的热量衡算得(5-3)或(5-3a)式中D———加热蒸汽耗量,kg/h;H———加热蒸汽的焓,kJ/kg;h0———原料液的焓,kJ/kg;H'———二次蒸汽的焓,kJ/kg;h1———完成液的焓,kJ/kg;hc———冷凝水的焓,kJ/kg;QL———蒸发器的热损失,kJ/h;Q———蒸发器的热负荷或传热速率,kJ/h。

由式5-3或5-3a可知,如果各物流的焓值已知及热损失给定,即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。

溶液的焓值是其浓度和温度的函数。

对于不同种类的溶液,其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。

因此,在应用式5-3或5-3a求算D时,按两种情况分别讨论:溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。

1.可忽略溶液稀释热的情况大多数溶液属于此种情况。

例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时,其稀释的热效应均较小。

对于这种溶液,其焓值可由比热容近似计算。

若以0℃的溶液为基准,则(5-4)(5-4a)将上二式代入式5-3a得(5-3b)式中t0———原料液的温度,℃;t1———完成液的温度,℃;C0———原料液的比热容,℃;C1———完成液的比热容,℃;当溶液溶解的热效应不大时,其比热容可近似按线性加合原则,由水的比热容和溶质的比热容加合计算,即(5-5)(5-5a)式中CW———水的比热容,℃;CB———溶质的比热容,℃。

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蒸发计算方法综述摘要:蒸发是地球表面水量和能量平衡中的重要分量,对于区域气候、旱涝变化趋势,水资源形成及变化规律,水资源评价等方面的研究有着重要作用。

本文列举了常用的几种蒸发计算方法,对每种方法的优缺点进行了简要概括,并提出了未来蒸发计算方法的发展方向。

关键词:蒸发 计算方法1 关于蒸发的几个概念蒸发(Evaporation )是水循环和水平衡的基本要素之一。

水分从液态变为汽态的过程称为蒸发。

它涉及地球表层中能量循环和物质转化最为强烈的活动层——土壤-植物-大气系统(SPAC ),常受下垫面条件(如地形、土壤质地、土壤水分状况等)、植物生理特性(如植物种类、生长过程等)和气象因素(如太阳辐射、温度、湿度、风速等)等诸多因素的影响。

因此,蒸发蒸腾问题成为水文学、气象学、农学等多个学科领域的关注焦点。

发生在海洋、江河、湖库等水体表面的蒸发,称为水面蒸发,它仅受太阳辐射等气象因素的热能条件制约,故又可称为蒸发能力。

发生在土壤表面或岩体表面的蒸发,通常称为土壤蒸发。

发生在植物表面的蒸发,称为植物蒸腾或植物蒸散发。

发生在一个流域或区域内的水面蒸发、土壤蒸发和植物蒸腾的总和称为流域蒸散发或陆地蒸发。

陆地蒸发不仅取决于热能条件,还取决于可以供应蒸发的水分条件,即供水条件。

蒸发蒸腾(Evaportranspiration ,简称ET )包括土壤蒸发和植被蒸腾,在全球水文循环中起着重要的作用。

参考作物蒸发蒸腾量():为一种假想参考作物的蒸发蒸腾速率。

假想作物的高度为0.12m ,固定的叶面阻力为70s/m ,反射率为0.23,非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面且不缺水的绿色草地蒸发蒸腾量。

的计量单位以水深表示,单位为mm ;或用一定时段内的日平均值表示,单位为mm/d 。

0ET 0ET 2 直接测定法2.1 蒸发皿测定法1687年英国天文学家Halley 使用蒸发器测定蒸发量揭开了水面蒸发观测的序幕。

蒸发皿测定法主要包括大型蒸发池和小型蒸发器。

大型蒸发池(面积20m 20E 2或面积100m 100E 2)的蒸发资料虽然能够代表大水体的实际水面蒸发,但由于造价太高,不可能所有蒸发站网都推广使用;而小型蒸发器具有代表性(与自然水体蒸发量接近)、稳定性(偶然误差小)和实用性(经济实用易于推广)的特点。

建国前我国曾广泛采用型有套盆及无套盆蒸发器和型小型称重式蒸发器。

20世纪60年代,在前苏联ΓΓ80Φ20ΦΝ3000型蒸发器的基础上,结合我国的实际情况,研制出型(601E 8.61Φcm)蒸发器在全国水文部门统一采用。

不同直径的蒸发皿观测的蒸发量与天然水面蒸发量是有差别的,因此,在计算水面蒸发损失时,应根据蒸发折算系数的时空变化规律和各地对比观测资料的分析成果,乘以水面蒸发折算系数使用。

2.2 蒸渗仪法蒸渗仪法是一种基于水量平衡原理发展起来的植物蒸发蒸腾量测定方法。

所谓蒸渗仪法,就是将蒸渗仪(装有土壤和植物的容器)埋设于土壤中,并对土壤水分进行调控,有效地反映实际的蒸发蒸腾过程;再通过对蒸渗仪的称量,就可以得到蒸发蒸腾量。

目前,常用的蒸渗仪主要有称重型和渗漏型两种。

蒸渗仪法是一种直接测定的方法,其误差来源较多。

蒸渗仪内外土壤的空间变异性、植物种类及其密度分布差异直接影响蒸渗仪法的精度。

蒸渗仪法的一个显著优点就在于它能直接测定蒸发蒸腾耗水量。

3 蒸发计算公式3.1 Dalton 公式1802年,英国的道尔顿(Dalton )根据乱流扩散理论,综合考虑风速、空气温度、湿度对蒸发量的影响,提出了道尔顿模型,该模型对近代蒸发理论的创立起到了决定性的作用。

()()W e e E φ•−=21 (1)式中:E —水面蒸发量;—水面水汽压;—地面一定高度处水汽压;1e 2e ()W φ—风速函数。

(1)式说明:水汽压力差反映了蒸发面的湿度和一定高度上的湿度梯度。

又因温度的层结作用直接影响到湿度梯度,所以()21e e −综合反映了湿、温两项要素的作用。

()W φ反映涡旋的动力作用和水汽交换的强弱。

应用道尔顿这个模式,可以根据各地大型蒸发池的观测结果求出各地水面蒸发的经验公式。

3.2 水量平衡法水量平衡法是计算陆面蒸发的最基本方法,在一个闭合流域内,如不考虑相邻区域的水量调入与调出,其水量平衡方程可以写作:W R P E Δ±−= (2)式中:E —陆面蒸发量;—降雨量;P R —径流量;W Δ—蓄水变量。

对于多年平均情况,则: 0≈ΔW R P E −= (3)因此,只要知道多年平均降水量和径流量,就可以求得多年平均陆面蒸发量。

由于降水量和径流量都可以实测,所以这是计算区域多年平均陆面蒸发量较为可靠的方法。

水量平衡法常用来对其他测定或估算方法进行检验或校核。

它可以适用于非均匀下垫面条件和各种天气条件,不受微气象学法中许多条件的制约。

该方法的另一个优点是充分考虑了水量平衡各个要素间的相互关系,遵循物质不灭原则,可以宏观地控制各要素的计算,计算误差较小。

这种方法也存在一些不足之处,它要求水量平衡方程中各分量的测定值足够精确,且要弄清计算区域边界范围内外的水分交换量,而这些又往往难以做到很精确。

这种方法用于测定一小块地或一个小流域时精度较高;但当流域较大时,计算的区域边界很难确定,流域内雨量站分布不均等容易导致计算精度降低。

另外,这种方法得到的只是一个时段内(通常一周以上)流域总的蒸发蒸腾量,因而不能反映蒸发蒸腾量的动态变化过程。

3.3 水热平衡法水热平衡法是综合考虑水量和热量计算蒸发量的一种方法。

决定陆面蒸发的主要因索是水分供应条件或蒸发面的湿润程度及蒸发能力,降水量是反映陆面水分供应条件的指标,辐射平衡是代表可能供应蒸发的潜在热能,可以近似地反映蒸发能力的大小,这是水热平衡法的基本思路。

代表性的公式有:斯拉伯公式、奥里杰科普公式和布德科公式等。

3.4 微气象学方法随着计算机科学和气象科学的迅速发展,数据的自动采集与处理系统日益先进,在此基础之上,微气象学方法已发展成为常见的蒸发蒸腾测量测定方法。

微气象学方法主要包括波文比-能量平衡法、涡度相关法、空气动力学法等。

3.4.1 波文比-能量平衡法1926年Bowen 从能量平衡方程出发,提出了计算水面蒸发的波文比-能量平衡模型。

该方法的两大理论支柱是能量平衡原理和边界层扩散理论。

假定植物和土壤是一个蒸发界面,水分子可以从此界面逸出而进入大气,那么,对于这个面的垂直方向上的能量收支平衡可用下式描述:ET H G R n ⋅+=−λ(4) 式中:—太阳净辐射;G —土壤热通量;n R H —感热通量;ET ⋅λ—潜热通量,λ—水汽化潜热,ET —植物蒸发蒸腾量。

波文比定义为 ETH ⋅=λβ (5) 综合式(4)和(5)可得: βλ+−=⋅1G R ET n (6) 式(6)即为用波文比-能量平衡法估算植物蒸发蒸腾量的公式,其关键在于波文比β的确定。

根据经验关系,感热通量、潜热通量可表示为: zT k C H h p a ∂∂−=ρ (7) ze k C ET v pa ∂∂−=⋅γρλ (8) 式中:a ρ—空气密度;—空气定压比热;—感热交换系数;—潜热交换系数;P C h k v k γ—湿度计常数。

根据雷诺相似原理,假定感热和潜热的交换系数相等,即=,合并式(5)、式(7)和式(8)可得:h k v k e T ze z T ΔΔ=∂∂∂∂=γγβ// (9) 利用波文比系统测得,G ,n R T Δ和e Δ后,就能够计算出该区域的潜热通量和相应的植物蒸发蒸腾量。

波文比-能量平衡法素以物理概念明确、计算方法简单而著称,且对大气层没有特别的要求和限制。

该法只需要两个高度的要素观测值,不用求湍流交换系数,而且精度较高,可作为其他蒸发蒸腾量测定方法的准判别标准。

但是,使用波文比系统观测的区域要具有开阔、均一的下垫面,且天气平稳少变,辐射和风速都没有过于剧烈的变化。

该模型长期以来得到了较好的应用,但在下垫面极为潮湿或平流逆温条件下,计算结果偏低,精度下降。

3.4.2 涡度相关法涡度相关法建立在澳大利亚微气象学家Swinbank在1951年提出的涡度相关理论的基础之上,是一种通过直接测定和计算下垫面感热和潜热的湍流脉动值而求得植物蒸发蒸腾量的方法。

计算公式如下:T w C H p a ′′=ρ (10)q w ET a ′′=⋅λρλ (11)式中:λ—水汽化潜热;H —感热通量;ET ⋅λ—潜热通量;a ρ—空气密度;—空气的定压比热;p C T ′,,q —垂直温度、风速和湿度脉动值。

w ′′涡度相关法的误差可能来源于理论假设与客观实际的偏差,也可能由仪器设备本身或使用不当造成。

由于感应头、记录仪的频率响应特性限制及有限的观测时间,不可能观测到对垂直通量起作用的整个湍流频率范围,主要表现在对高频部分的截断,其高频损失程度还与仪器架设高度、大气稳定度有关。

另外,测量垂直风速脉动量时,仪器安装倾斜也可能导致误差。

与其他方法相比,涡度相关法不是建立在经验关系基础之上的,而是严格依据空气动力学理论推导而来,其物理学基础最为完备。

它通过直接测量各种物理属性的湍流脉动值来确定交换量,不受平流限制,具有较高的精度和良好的稳定性。

它只需要在一个高度上进行观测,作业非常灵活,而且仪器的可移动性强,在森林等高杆植物或高粗糙度地表安装很方便,使其应用更加广泛。

但是,由于是一种直接测定技术,所以不能解释植物蒸发蒸腾的物理过程和影响机制。

另外,对干旱缺水地区,因空气中水汽含量较少,测出的植物蒸发蒸腾量往往误差较大。

3.4.3 空气动力学法空气动力学法(紊流扩散法或质量迁移法)是基于地面边界层梯度扩散理论,由Holzman和Thornthwaise于1939年首次提出。

它认为:近地面层温度、水气压和风速等各种物理属性的垂直梯度受大气传导性制约,可根据温度、湿度和风速的梯度及廓线方程,求解出潜热和热通量。

该方法的假定只在均匀下垫面条件下成立,且需要能够正确地测定植物上方不同高度处的气压,对下垫面及空气稳定度要求严格,否则误差较大;在测定范围上受到极大的限制,不适宜大面积的应用。

但该方法对于了解蒸发的物理过程、机制以及蒸发的动态变化过程有深远影响。

3.5 Penman-Monteith 方法3.5.1 1948 Penman1948 Penman 法是依据能量平衡和紊流扩散原理导出的计算参考作物腾发量的方法。

目前该方法仍为湿润下垫面蒸散计算的主要方法。

该方法需要气温、相对湿度、日照时数、风速等资料计算参考作物腾发量, 具体计算公式为:()()()λμγγγ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−++Δ+−+ΔΔ=a s n e e G R ET 20537.0143.6 (12) 式中:—净辐射,n R ()d m MJ •2;G —土壤热通量,()d m MJ •2;,—气温为a e s e T 时的水汽压和饱和水汽压,;a kp 2μ—高度2m处的风速,;s m /λ—水的汽化潜热,。

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