рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Производство
/
Источники тепла земных недр

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Источники тепла земных недр

Источники тепла земных недр - раздел Производство, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА Тепловое Поле Земной Коры Формируется В Результате Процесса Т...

Тепловое поле земной коры формируется в результате процесса теплообмена при наличии источников тепла. Теплообмен в земной коре осуществляется посредством теплопроводности, конвекции и излучения.

В зависимости от природы процессов, приводящих к выделению тепла в недрах Земли, источники тепла можно подразделить на два типа: первичные и вторичные.

К первичным источникам относятся те, которые преобразуют в тепло энергию внеземного происхождения (энергию радиоактивного распада, энергию солнечной радиации, энергию земных приливов, гравитационную энергию). К вторичным источникам относятся те, которые приобразуют в тепло энергию внутриземного происхождения (энергию фазовых и химических превращений, энергию тектонических движений). Первичные источники формируют тепловой режим Земли в целом, а вторичные — тепловые аномалии. Первичные источники длительны по времени (практически бесконечны) и значительны по мощности, вторичные — относительно кратковременны и маломощны.

Тепло радиоактивного распада называют радиогенным. Оно образуется в результате того, что при распаде происходит излучение α- и β- частиц и γ- фотонов, которые поглощаются окружающими породами и передают им свою энергию. При этом вся их энергия превращается в тепло.

В результате распада ядра радиоактивного элемента из него вылетает радиоактивная α- или β - частица массой m_ч и скоростью V_ч, при этом ядро приобретает некоторую скорость V_я в противоположном направлении. Энергия, образующая в результате радиоактивного распада ядра, будет

(1.6)

где М — масса ядра, кг.

Так как до распада ядро находилось в относительном покое, то, согласно закону сохранения количества движения, можно записать

(1.7)

Откуда

(1.8)

Подставляя значение V_я из выражения (1.8) в (1.6), получим количество тепла, образующегося в результате поглощения каждой а- или β- частицы,

(1.9)

Тепловая энергия, образующаяся за счет поглощения породой γ-фотона,

, (1.10)

где h — постоянная Планка (h = 6,625·10^-34, Дж с) ; ν— частота излучения γ- фотона, 1 /с.

Количество тепла, образующегося в единицу времени в результате распада одного грамма радиоактивного вещества, называется удельным радиогенным теплом. Для основных радиоактивных элементов урана, тория и калия оно соответственно равно 9,78·10^-5; 26,3·10^-6 и 35,5·10^-10 Дж/(кг·с).

Все радиоактивные источники выделяют внутри Земли 4·10²⁰÷4·10²¹Дж ежегодно. Количество тепла, выделившегося в Земле за время ее существования в результате распада радиоактивных элементов, составляет (5,8-20) ·10³⁰ Дж.

Количество тепла, доставляемое на Землю солнечным излучением, можно определить по формуле

, (1.11)

где А — солнечная постоянная, равная 0,138·10⁴ Вт/м ; R₃ — радиус Земли, равный 6,371·10⁶ м; τ — время, с.

Учитывая, что в году около 3·10⁷ с, и принимая во внимание, что под воздействием солнечного излучения находится постоянно только половина поверхности Земли, согласно выражению (1.11) можно определить количество тепла, передаваемое Солнцем верхним слоям атмосферы Земли за один год. Оно составляет около 27·10²³ Дж/ год. Примерно половина этого тепла поглощается атмосферой и рессеивается в мировое пространство, а вторая половина поглощается на Земле.

Тепло, доставляемое на поверхность Земли солнечным излучением, формирует тепловой режим поверхностного слоя пород, расположенных выше нейтрального слоя. Суточные колебания температуры воздуха оказывают влияние на температурный режим поверхностного слоя Земли толщиной не более 0,5 м, а годовые — не более 20 м.

Выделение тепла в Земле в результате земных приливов обусловлено вертикальным смещением ее поверхности под действием притяжения Солнца и Луны. Такие смещения возможны вследствие того, что Земля не является абсолютно твердым телом, а земная кора разбита на блоки.

Вертикальные смещения поверхности Земли за счет земных приливов и отливов достигают 0,5 м. Количество тепла, выделяющегося в Земле в единицу времени, в результате этого составляет порядка 4·10^-26Вт. Суммарное количество тепла, выделившееся в Земле за время ее существования за счет приливов и отливов, составляет примерно 36·10 ⁹Дж.

Гравитационная составляющая первичных источников тепла обусловлена выпадением на Землю мелких частиц и метеоритов и переходом их кинетической энергии в тепловую. Кроме этого, под действием сил гравитации в глубь Земли перемещаются более тяжелые вещества, что также сопровождается выделением тепла. Если предположить, что ядро Земли состоит из железа, которое стекалось к центру, то количество тепла, выделенного при этом, составит около 10·10³⁰ Дж.

Основным вторичным источником тепла является энергия тектонических движений, которая выделяется при землетрясениях в результате трений блоков земной коры друг о друга.

Тепловая энергия, образующаяся в результате фазовых переходов и химических реакций в Земле, вносит свой вклад в формирование теплового режима локальных районов.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Кольский филиал Петрозаводского государственного университета...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Источники тепла земных недр

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Термодинамические параметры земной коры
Верхняя толща горных пород Земли называется земной корой. Земная кора простирается от поверхности Земли до границы Мохоровичича, которая отделяет земную кору от мантии Земли. Мощно

Процессы теплопереноса в недрах Земли
Как было отмечено ранее, теплообмен в горных породах осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением. Применительно к задачам горного производства весьма важной является з

Использование тепла земных недр
Геотермальные ресурсы разделяют на повсеместно распространенные и локализованные. Повсеместно распространенные геотермальные ресурсы представлены те

Приближенные методы расчета температурных режимов при эксплуатации породных теплообменников
Если принять, что вода, фильтрующая в породном теплообменнике, нагревается только за счет тепла, заключенного в его объеме, а потеря тепла в нем компенсируется за счет подпитки теп

Разработка связных пород в период с отрицательными температурами
В России около 25-30% ежегодных объемов разрабатываемых рыхлых и связных пород на карьерах приходится на периоды года с отрицательными температурами. Еще больший объем земляных раб

Месячные колебания температуры внешней среды
Для определения зависимости изменения температуры в зимний период используем значения среднемесячной температуры в данном районе. Обозначим среднемесячные температуры с октября по

Расчет глубины промерзания связанных пород
Рассмотрим случай промерзания связной породы при открытой разработке месторождений. Сформулируем задачу: на поверхности полупространства в момент времени t=0 устанав

Полное предотвращение промерзания грунта при использовании теплоизоляционных покрытий
Рассмотрим случай, когда теплоизоляционное покрытие обеспечивает полное предотвращение промерзания грунта. Для определения толщины теплоизоляционного покрытия (d) и

Промерзание грунта на допустимую глубину при использовании теплоизоляционного покрытия
Для решения данной задачи рассмотрим модель «теплоизоляционное покрытие-промерзший грунт-талый грунт», изображенную на рис. 2.3.

Сущность способа и область его применения
Проведение горных выработок в слабоустойчивых водоносных породах невозможно без специальных мероприятий по их упрочнению и понижению водопроницаемости. При строительстве ш

Тепловой расчет формирования одиночного ледопородного цилиндра
При замораживании вокруг каждой замораживающей колонки формируется температурное поле, изотермы которого представляют собой в плане концентрические окружности. Температура породы не

Параметры образования ледопородных ограждений
Формирование ледопородных водонепроницаемых ограждений и подпорных стен производят с помощью серии замораживающих колонок, расположенных на равном расстоянии друг от друга. В этом с

Требования к тепловому режиму в подземных выработках
Тепловой режим в подземных выработках характеризуется совокупностью термодинамических параметров воздуха, окружающего массива, горной массы, машин и людей. Основными термодинамическими

Влияние теплового режима на процессы ведения подземных горных работ
Влияние теплового режима рудничного воздуха сказывается на производительности труда горнорабочих, обеспечении безопасных условий их труда, поддержании устойчивости горных выработок

Уравнения теплообмена массива с вентиляционной струей в шахтной выработке
При проветривании возможны следующие случаи взаимодействия вентиляционной струи в шахтной выработке с окружающим массивом: • стационарный режим теплообмена; • не

Теплообмен при проветривании подземных выработок
Критериальная зависимость для определения параметров теплообмена рудничного воздуха со стенками выработок имеет следующий вид:

Источники тепла в подземных выработках
Учет источников тепловыделения в выработках и определение их интенсивности необходимо для составления уравнений теплового баланса, на основании которых производят расчет необходимог

Методы нормализации температурного режима рудничного воздуха
Мероприятия по нормализации температурного режима рудничного воздуха можно разделить на два типа: 1) теплотехнические, основанные на применении различных технически

Проблемы разработки и транспортирования рыхлых и связных пород
При разработке талых рыхлых и связных пород проблемным является вопрос предотвращения налипания горной массы на рабочую поверхность добычного и транспортного горного оборудования и

Термодинамическое разрушение талых рыхлых и связных пород
Как уже указывалось, что для очистки транспортных сосудов от налипшей горной массы применяют бесконтактный термодинамический способ. В качестве генератора высокоскоростной газовой

Термодинамическое хрупкое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород
Этот способ разрушения имеет место при термическом бурении скважин в мерзлых породах, а также при термодинамической очистке рабочих поверхностей добычного и транспортного горного о

Термодинамическое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород путем оттаивания и абляции
Режим термодинамического разрушения мерзлых рыхлых и связных пород путем оттаивания и абляции имеет место при TTh < 106°С/м в процесс бурения скважин или оч

Техника и технология термодинамического разрушения талых и мерзлых пород при их разработке и транспортировании
Термодинамическое разрушение талых и мерзлых рыхлых и связных пород применительно к очистке добычного и транспортного горного оборудования от налипшей и намерзшей горной массы в нас

Коэффициенты диффузии
В выражениях для диффузионных газовых потоков коэффициенты молекулярной и турбулентной диффузии являются единственными параметрами, учитывающими свойства среды. Естественно, что э

Общие положения
Во многих случаях полезные результаты могут быть получены более простым интегральным методом. Интегральный метод, или метод усредненных характеристик, основан на том фак

Выработка как объект вентиляции
Характер проявления газодинамических эффектов в горных выработках существенно зависит от характера движения воздуха в последних. Как известно, в практике шахтной аэрологии воздушные

Ограниченные потоки в системе выработок
Возникающие в выработках с ограниченными воздушными потоками газодинамические ситуации зависят от режима вентиляции, вида источника (точечный или линейный), характера газовыделения