Лід

Кристали «звичайного» льоду мають тетраедричну структуру із пустотами в кожному тетраедрі, які є більшими за розміри молекул. Під час танення деякі молекули потрапляють до цих пустот, тому густина рідкої води більша, ніж льоду.

Крім тетраедричної, молекули води під час заморожування в спеціальних умовах можуть утворювати кубічну та ще вісім різних структур, а також аморфний лід.

Лід з питної води виготовляють матовим густиною 690…900 кг/м³ та прозорим густиною 910…917 кг/м³. Матовий лід має білий колір завдяки пухирцям повітря та солям, що частково випали з води. Прозорий лід у товстому шарі набуває блакитно-зеленого відтінку, він мало змерзається і не дає осаду після розморожування.

За розміром та формою частинок льоду льодогенератори утворюють лускоподібний, сніговий, трубчастий та блочний лід. Максимальна товщина льоду d_max під час заморожування на охолоджуваній стінці залежить від коефіцієнта тепловіддачі a₁ від води до поверхні льоду та температури води t_в. Значення d_max наведено у табл. 1.

Таблиця 1. Залежність товщини льоду від коефіцієнта тепловіддачі і температури води

tв, ºС	0,05	0,1	0,2	0,5	1	4	10
dmax, мм	0,8	0,4	0,2	0,08	0,04	0,01	0,03
a1, Вт/(м2·К)	150	300	500	1000	2000	5000	-
dmax, мм	1330	670	400	200	100	40	-

 

Для розрахунку d_max = f(t_в) взято a₁= 1163 Вт/(м²·К), для  d_max = f(a₁) взято t_в = 0,2 °С.

Товщина шару льоду d, що наморожується за добу послідовним наливанням води на горизонтальну площадку, залежить від температури повітря t_п:

tп, ºС	–5	–10	–15	–20
d, мм	15	30	50	70

 

Під час сильного вітру товщина шару льоду зростає в 2…3 рази.

Теплоємність льоду зменшується зі зниженням температури:

t, ºС	– 3	– 23	– 73	–  173
с, кДж/(кг·К)	2,074	1,927	1,561	0,879

 

В інтервалі температур від 0 до –40 °С з достатньою для практичних розрахунків точністю для прозорого льоду можна вважати:

r = 916,8 – 0,15t   кг/м³;                                   (1)

c = 2,095 + 0,0073t   кДж/(кг·К);                       (2)

l = 2,23 – 0,0035t Вт(м·К).                              (3)

У формулах (1) – (3) температуру слід брати зі знаком мінус.

Теплота сублімації, тобто переходу з твердого стану до парового,

r_c = 2782,92 + 14126,26 / T.                             (4)

Масова теплоємність сухого снігу та льоду однакова. Густина снігу змінюється від 70 до 700 кг/м³, відповідно зростає його теплопровідність і температуропровідність (табл. 2).

Таблиця 2. Густина, теплопровідність і температуропровідність снігу

Показник	r, кг/м3	l, Вт/(м·К)	а·106, м2/с
Сніг, який щойно випав	180	0,116	0,308
	200	0,140	0,334
Сніг злежаний	350	0,349	0,476