- Gradient nhiệt theo phƣơng đứng gần bằng gradient trung bỡnh phƣơng đứng của nhiệt độ (60C/1km).
CHƢƠNG IV: CHẾ ĐỘ NHIỆT 4.1 Cỏn cõn nhiệt
4.5.2. Cỏc quy luật cơ bản về sự lan truyền nhiệt độ
Một số quy luật cơ bản về sự lan truyền nhiệt độ trong đất:
- Chu kỳ dao động của nhiệt độ giữ nguyờn khụng đổi ở tất cả cỏc độ sõu.
- Biờn độ dao động của nhiệt độ giảm đi theo độ sõu theo quy luật:
Az = A0exp(-z(/k)1/2) (4.46)
Trong đú: A0 là biờn độ dao động của nhiệt độ trờn mặt đất; Az là biờn độ ở độ sõu z; là chu kỳ dao động của nhiệt độ (1 ngày
- đờm hoặc 1 năm) tớnh bằng giõy; k là hệ số dẫn nhiệt độ của đất bằng tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt với nhiệt dung thể tớch (k = /(c)).
Nhỡn chung dao động ngày - đờm của nhiệt độ chỉ xõm nhập tới độ sõu 1m, cũn dao động hàng năm tới 15 - 30 m.
Thời gian xuất hiện cực đại và cực tiểu của nhiệt độ bị chậm
lại theo độ sõu. Độ chậm tỉ lệ với độ sõu:
= (z/2)(/k)1/2 (4.47)
8988 88
Là độ giảm nhiệt độ của đất trờn một đơn vị độ sõu. Độ lớn của gradient cho phộp nhận định về tốc độ giảm của nhiệt độ đất theo độ sõu.
Gradient nhiệt độ thẳng đứng cũng là nguyờn nhõn làm cho nhiệt di chuyển trong đất. Giả sử Q là lƣợng nhiệt truyền đi trong một đơn vị thời gian (giõy) qua một thiết diện ngang bằng 1cm2,
gọi là thụng lƣợng nhiệt, tỷ lệ với gradient nhiệt độ:
Q = a = - dT/dz (4.40)
Ở đõy là hệ số dẫn nhiệt của đất.
Hỡnh 4.3
Giả sử cột đất thẳng đứng cú thiết diện 1cm2, bờn trong cột đƣợc tỏch ra ở độ sõu z (Hỡnh 4.3) một thể tớch nhỏ ABCD cú chiều cao dz (thể tớch là 1. dz = dz); T là nhiệt độ ở độ sõu Z (mực AB). Nhiệt độ ở mực CD (với gradient a) sẽ là:
T + (dT/dz)dz = T - adz (4.41)
Thụng lƣợng nhiệt Q1từ trờn đi vào thể tớch ABCD là:
Q1 = - (dT/dz) theo (4.40)
Thụng lƣợng nhiệt từ ABCD đi tiếp qua đỏy CD là:
Q2 = - d(T + (dT/dz)dz)/dz = - (dT/dz + (d2T/dz2)dz)
(4.42)
Nhƣ vậy, lƣợng nhiệt tớch tụ lại trong một đơn vị thời gian trong ABCD sẽ là:
q = Q1 - Q2 = (d2T/dz2)dz (4.43)
Lƣợng nhiệt này làm cho nhiệt độ đất tăng lờn trong một đơn vị thời gian dt đƣợc dT/dt. Cho nờn, nếu c là nhiệt dung riờng của đất,là mật độ thỡ lƣợng nhiệt q dồn tới hỡnh trụ ABCD đƣợc biểu diễn theo cỏch sau:
q = c1dz(dT/dt) (4.44)
c = [calo/cm3độ]; q = [calo/g]; = [g/cm3].
Từ (4.43) và (4.44) ta đƣợc:
dT/dt = [/(c)]d2T/dz2 hoặc dT/dt = k(d2T/dz2) (4.45)
Ở đõy: k = /(c) gọi là hệ số dẫn nhiệt độ.
4.5.2. Cỏc quy luật cơ bản về sự lan truyền nhiệt độ
Một số quy luật cơ bản về sự lan truyền nhiệt độ trong đất:
- Chu kỳ dao động của nhiệt độ giữ nguyờn khụng đổi ở tất cả cỏc độ sõu.
- Biờn độ dao động của nhiệt độ giảm đi theo độ sõu theo quy luật:
Az = A0exp(-z(/k)1/2) (4.46)
Trong đú: A0 là biờn độ dao động của nhiệt độ trờn mặt đất; Az là biờn độ ở độ sõu z; là chu kỳ dao động của nhiệt độ (1 ngày
- đờm hoặc 1 năm) tớnh bằng giõy; k là hệ số dẫn nhiệt độ của đất bằng tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt với nhiệt dung thể tớch (k = /(c)).
Nhỡn chung dao động ngày - đờm của nhiệt độ chỉ xõm nhập tới độ sõu 1m, cũn dao động hàng năm tới 15 - 30 m.
Thời gian xuất hiện cực đại và cực tiểu của nhiệt độ bị chậm
lại theo độ sõu. Độ chậm tỉ lệ với độ sõu:
= (z/2)(/k)1/2 (4.47)
8988 88
Cực đại và cực tiểu ở độ sõu 10 cm bị chậm hơn khoảng 2,5 -
3,5 giờ. Cũn cực đại, cực tiểu hàng năm chậm khoảng 20 - 30 ngày
ở độ sõu 1m.
Những độ sõu cú nhiệt hàng ngày và hàng năm khụng đổi tỷ lệ với nhau nhƣ những căn số bậc hai của cỏc chu kỳ dao động. Vớ dụ: Z1là độ sõu tắt đi của dao động ngày đờm, cũn Z2 là của năm; thỡ từ (4.46), với chu kỳ dao động ngày là 1, năm là 2ta cú đẳng thức đối với độ sõu tắt dần là:
22 2 1 1 2 2 1 1 K Z K Z e eZ K Z K 1, 19 1 365 1 2 1 2 1 Z Z (4.48)
Nhiệt độ ở những độ sõu sõu hơn 20m của vỏ trỏi đất hầu nhƣ khụng thay đổi theo thời gian, nhƣng tăng lờn theo độ sõu với bậc địa nhiệt (10/30-35m). Sự biến thiờn nhiệt độ theo độ sõu trong vỏ trỏi đất đƣợc đặc trƣng bằng gradient địa nhiệt (trung bỡnh khoảng 0,03 độ/m hoặc 3,3 độ/100m).
Do đú nhiệt độ ở dƣới cỏc đƣờng hầm, giếng mỏ cú nhiệt độ rất cao (ở độ sõu 4000 một cú khi nhiệt độ lờn tới 1200C.