где k - коэффициент пропорциональности; Кср - среднее значение модуля поперечной пульсации жидкости; Кср - средняя скорость течения.

В качестве иллюстрации на рис. 4.14 приведены экспериментальные зависимости х = /(К) воды (кривая 1) и воды с добавкой водорастворимого полимера полиокса (кривая 2), снижающего гидродинамическое сопротивление. Из рисунка следует, что критическое значение числа Рейнольдса для воды составляет Кекр = 2300, выше которого наблюдается резкое увеличение значе-

540 lO-lcf Re

Рис. 4.14. Зависимость параметра вероятности перемешивания X от числа Рейнольдса Re для воды (/) и раствора полнокса концентрацией

5-103 кг/мз (2) [73].

ПИЙ Х- Введение полиокса приводит к затягиванию переходного режима до Re= (5-=-6) 10 и снижению поперечных пульсаций в 1,7 раз при развитой турбулентности.

4.3. Использование электромагнитных полей для направленного изменения свойств природных вод

Интенсификация промывок засоленных почв. В разделе 2.3 рассмотрены теоретические и экспериментальные предпосылки, обусловливающие реальную возможность применения магнитных полей в качестве безреагентного физического фактора, способного направленно изменять свойства природных вод. В частности, экспериментальные результаты показывают, что при определенных условиях достоверно имеют место следующие физико-химические изменения: увеличение числа центров кристаллизации частиц СаСОз в объеме воды (см. рис. 2.24), увеличение концентрации свободного газа в объеме (см. рис. 2.23), а также изменения структуры потока, характера диспергации струй воды (см. рис. 2.21). Метод магнитогидродинамической активации природных вод (МГДА ПВ), широко используемый в теплотехнике [82, 97-98, 128, 130, 177,

183], привлек внимание работников сельскохозяйственных и мелиоративных организаций вследствие низких капитальных затрат, малой трудоемкости, безопасности.

Исследование эффективности применения этого метода при промывках засоленных почв и орошении были начаты в Гипроводхозе, ВолжНИИГиМе и Агрофизическом НИИ в 1971-1973 гг. К настоящему времени аналогичными исследованиями занимаются и ряд других организаций (АзНИИГиМ, ТуркменНИИГиМ, Институт почвоведения и агрохимии М.СХ Армянской ССР, Институт почвоведения АН Казахской ССР, Кубанский сельскохозяйственный институт). [23, 26, 32, ПО, 149], подобные исследования ведутся и за рубежом [172]. Полученные к настоящему времени результаты позволяют сделать некоторые выводы об условиях и границах применимости метода.

В основе физико-химических изменений природных вод, обусловливающих интенсификацию промывок засоленных почв и изменение свойств оросительной воды, могут лежать следующие эффекты. В разделе 2.3 рассматриваются магнитогидродинамические явления на границах раздела фаз твердое тело-жидкость и газ- жидкость, возникающие при протоке природных вод через магнитные аппараты. Завихренность во времени и пространстве потока и ее сохранение в течение некоторого времени после прохождения магнитного аппарата обусловливает, как и обычная турбулизация, увеличение концентрации свободного газа в жидкости, нарушение поверхностно-активных пленок, стабилизирующих микропузырьки газа. Это приводит к последующей дегазации природных вод при попадании их на открытое пространство (в лотки, чеки, на поля). Деаэрированная жидкость лучше фильтруется через пористые среды [22, 40], что ведет к более глубокой проницаемости воды в почву.

Микротурбулизация потока способствует переходу газа, растворенного в воде, из молекулярно-растворенного состояния в свободную фазу при отсутствии контакта с воздухом, а если такой контакт имеет место в магнитном аппарате или сразу после выхода жидкости из аппарата, то турбулизация потока может привести к подсосу воздуха из атмосферы; при этом, если азот и кислород, захваченные в виде микропузырьков, могут быть легко удалены, то удалить углекислый газ более трудно вследствие его высокой растворимости - можно ожидать его увеличения в оросительной воде.

Концентрация углекислого газа может увеличиваться в щелочных водах, где обычно СОг отсутствует при рН>8,5-9 [4] благодаря действию других явлений, а именно магнитогидродинамических процессов. Многочисленные эксперименты показывают, что увеличение числа центров кристаллизации в объеме методом МГДА ПВ эффективно лишь для вод с высоким рН7,5-ь8,5, обычно пересыщенных по СаСОз и CaS04 и высока концентрация

иона НСОз . Снятие пересыщения по углекислому кальцию,

частичный уход его в нерастворимую фазу приводят к сдвигу угле-кислотного равновесия вправо

Са(НСОзК>= СаСОз+ СО2 + Н2О, (4.16)

диссоциации ионов НСОГ, снижению щелочности воды. Таким образом, для щелочных вод и щелочных почв, для которых оказалось эффективным применение метода МГДА ПВ, можно ожидать увеличения содержания в воде углекислого кальция, который служит мелиорантом и дополнительным источником кальция, а также появления в воде СО2, что приводит к ее подкислению аналогично введению мелиоранта, несущего ионы Н+, интенсифицирующие ионный обмен.

Отметим также возможное влияние соединений железа в процессах магнитогидродинамической активации щелочных вод. Как известно, при высоких рН ионы железа находятся не в свободной диссоциированной форме Fe+2 и Fe+, а в составе комплексных ионов растворимых органических и неорганических соединений, вследствие чего ионы железа в щелочных водах не гидролизованы. Более того, при высоких рН возможно также нахождение в природных водах микрочастиц, содержащих окислы железа в ферромагнитной и парамагнитной форме. При дегидратации в магнитных полях (возможный механизм которой рассмотрен в разделе 2.3), а также вследствие снижения рН можно ожидать разрушения комплексных ионов и образование нерастворимых гидроокисей железа. При коагуляции и осаждении в осадок СаСОз, Ре(ОН)з и других частиц органической и неорганической природы происходит адсорбция ионов из раствора, что фактически снижает минерализацию воды и способствует внесению в почву соединений кальция и железа.

Говоря о возможных изменениях физико-химических свойств оросительной воды при МГДА ПВ, следует отметить, что подобные изменения необходимо рассматривать не абстрактно, а с учетом реального состава природной воды и метеорологических условий. Это связано с тем, что высота места, давление, температура, наличие в воде микрочастиц, электрическая проводимость, рН являются физическими факторами, определяющими содержание свободного газа в воде, порог кавитации, степень дегазации и дегидратации и т. п. В воде, лишенной микропримесей (в виде микрочастиц и микропузырьков), не пересыщенной по отдельным солям, перечисленные выше эффекты будут отсутствовать.

Лабораторные и мелкоделяночные опыты по промывкам. Для определения эффективности применения метода МГДА ПВ при промывках был выполнен ряд лабораторных и мелкоделяночных опытов по исследованию фильтрации и солеотдачи почв. Первые положительные результаты были получены в Гипроводхозе (Москва) и Армгипроводхозе. В последующих опытах на почвах хлоридно-сульфатного типа засоления с участием соды на малогабаритных монолитах мощностью 25 см и диаметром 7,5 см (та-кыровидные засоленные почвы Акдалинского массива орошения