Кіріспе
Ашық суда мұз кристалдарының жиынтығы. Фразильдік мұз – миллиметрлік және миллиметрден кіші өлшемдегі, әртүрлі пішіндердегі (мысалы, эллипстік дискілер, дендриттер, инелер және бейпішін нысандар) еріген, кездейсоқ бағытталған мұз кристалдарының жиынтығы. Фразильдік мұз қыс айларында өзендердің ашық су ағындарында, сондай-ақ көлдер мен су қоймаларында пайда болады, мұнда толқындар мен ағыстардың әсерінен судың турбуленттік күйіне түсуіне байланысты. Турбуленттілік су бағанасының суынуына себеп болады, себебі ауа мен су арасындағы жылу алмасу су температурасын қату нүктесінен төмендетеді (шамамен °C-тың бір немесе одан да аз бөлігі). Фразильдік мұзды жел бағытынан төмен жатқан жерлерде және полинияларда кездестіруге болады. Осы ортада мұз су бетінде жиналып, майлы мұзға айналуы мүмкін. Фразильдік мұз су қабылдағыштарды бітеуімен белгілі, себебі кристалдар жиналып, қоқыс торына жабысады. Мұндай бітелулер сумен жабдықтау нысандарына, су электр станцияларына, атом электр станцияларына және суық суларда жүзетін кемелерге зиян келтіруі мүмкін, сондай-ақ нысанды күтпеген жерде тоқтатуға немесе қоқыс торының құлауына әкелуі мүмкін.
Frazil ice is a collection of loose, randomly oriented ice crystals millimeter and sub millimeter in size, with various shapes, e. g. elliptical disks, dendrites, needles and of an irregular nature. Frazil ice forms during the winter in open water reaches of rivers as well as in lakes and reservoirs, where and when the water is in a turbulent state, which is, in turn, induced by the action of waves and currents. Turbulence causes the water column to become supercooled, as the heat exchange between the air and the water is such that the water temperature drops below its freezing point (in order of a few tenths of °C or less). Frazil ice can be found on the downwind side of leads and in polynyas. In these environments, that ice can eventually accumulate at the water surface into what is referred to as grease ice. Frazil ice is notorious for blocking water intakes as crystals accumulate and build up on the intake trash rack. Such blockages negatively impact water supply facilities, hydropower plants, nuclear power facilities, and vessels navigating in cold waters, and can lead to unexpected shut downs of the facility or even collapse of the trash rack.
Құрылу
Су беті жылуды жоғалта бастағанда, су артық суынады. Күшті желдердің немесе өзен ағынының тудырған турбуленттілігі артық суыған суды толық тереңдігіне дейін араластырады. Артық суыған су кішкентай мұз кристалдарының (фразильді мұз) пайда болуына көмектеседі, ал кристалдар су қоймасының түбіне жеткізіледі. Мұз әдетте жүзеді, бірақ ағыс жылдамдықтарына қатысты оның кішкентай мөлшеріне байланысты, ол тиімді жүзуге ие емес және оңай төменге тартылуы мүмкін. Екіншілік ядролық процестер арқылы кристалдардың саны тез өседі, ал суыған қоршаған ортаның әсерінен кристалдар өсуін жалғастырады. Кейде бір текше метрде бір миллион мұз кристалдарына дейін концентрация жетеді деп есептеледі. Кристалдардың саны мен мөлшері артқан сайын, фразильді мұз судағы заттарға жабыса бастайды, әсіресе егер заттардың өзі судың қату температурасынан төмен болса. Фразильді мұздың жиналуы көбінесе су тасқынына немесе қоқыс ұстағыштар сияқты нысандардың зақымдануына әкеледі. Фразильді мұз су бетінен төмен орналасқандықтан, оның пайда болуын анықтау қиын. Әдетте, фразильді мұз нысандардың ағысқа қарсы жағына жиналады және оларға жабысады. Фразильдің көбірек жиналуымен, өсу ағысқа қарай кеңейеді және ені артады, содан кейін фразильді мұз жинақтары бірігіп, суды тоқтатады. Бұл тосқа қарсы су ағыны артқан сайын, ағысқа қарсы жақтағы қысым артады және дифференциалдық қысым тудырады (ағысқа қарсы және ағысқа бойы жақтағы қысымдардың айырмасы). Бұл көпірдің ағысқа қарай өсуіне себеп болады. Мұндай жағдай туғанда, алдын ала шаралар қабылданбаса, су тасқыны мен зақымданулар болуы мүмкін. Фразильді мұздың орташа температуралы (немесе "жылы табанды") мұздықтардың астында да пайда болатыны дәлелденген, мұнда су жылдам төмен ағып, қысымның күрт төмендеуіне байланысты артық суынады. Бұл "глациогидравликалық артық суыту" процесі мұздықтар мен мұз қабаттарының астында ағып жатқан шөгінділі судан шөгінділерді тиімді ұстай алатын жалпақ мұз кристалдарының ашық желісін құрайды. Келесі мұздану және қайта кристалдану мұздықтың табанында шөгіндіге бай мұз қабатын құруы мүмкін, ол соңында еріген кезде мореналарда шөгінділердің айтарлықтай жиналуына әкеледі. Бұл құбылыс тритийдің жоғары концентрациясымен расталған – ядролық қару сынақтары кезінде пайда болған және сондықтан 1945 жылға дейін тоңған мұзда мүлдем жоқ – бірнеше мұздықтардың табанындағы мұзда (жас мұзды көрсетеді) және мұздықтардың шетіндегі су шығару тесіктерінің маңындағы мұз кристалдарының жылдам өсуін байқау арқылы расталған.
Бақылау
Мұздың пайда болуын бақылаудың бірнеше тәсілі бар. Оларға: тоқтату, механикалық басқару, жылулық бақылау, діріл, материалдарды таңдау және зиянды азайту кіреді.
Басып шығару
Фразильді мұз қатты суытылған суда пайда болады, себебі су беті жоғарыдағы салқын ауаға жылуды жоғалтады. Басу – су бетін тұтас, тұрақты мұз қаптамасымен оқшаулау идеясы. Мұз қаптамасы жылудың жоғалуын болдырмайды және бұрын қалыптасқан қатты суытылған суды жылытады. Бұл әдіс жұмыс істеуі үшін жеткілікті аумақ жабылуы керек, бірақ "жеткілікті" дегеннің қандай екені әлі белгісіз. Сент-Лоуренс өзенінде тұрақты мұз қаптамасын қалыптастыруға көмектесетін ағыс жағдайларын жасау арқылы frazil мұзының және одан кейін пайда болатын мұз бітелулерінің алдын алуға тырысады.
Механикалық басқару
Бұл әдістерге су ағынын шектемей мұзды тұрақтандыру, мысалы, бөгеттер мен мұз тоқтау құрылғыларын орнату, кез келген жиналуды жою үшін су сорғыларын пайдалану және жиналған мұзды қолмен сыпырып тастау кіреді. Соңғы әдіс көбінесе жоғары еңбек құны, суық, ылғалды және түнгі жұмыс жағдайларына байланысты тиімді саналмайды. Арқаға шаю – фразельді мұз жинақталуынан туындаған қысым айырмасын бейтараптандыру принципіне негіделген тағы бір технология. Бұл технология заттардың арғы жағында жоғары қысым жасау арқылы қысым айырмасын кері қайтарады.
Жылуды басқару
Бұл әдістер судағы құрылымдарды қыздырып, мұздың жабысуын болдырмайды немесе суды қыздырып, мұздың пайда болуын алдын алады. Құрылымды қыздырғанда, оны қатып қалу температурасынан жоғарырақ қыздыру қажет. Электрлік кедергісі бар жылытқыштар тиімді екені анықталды, бірақ олардың қауіпсіздігіне қатысты мәселелер бар. Бу немесе жылы суды тасымалдайтын құбырларды құрылымдарға орнату да жұмыс істейді, бірақ бұл әдіс тиімсіз деп есептелді.
Дилдеу
Әлі тәжірибелік сатыда болғанымен, динамитпен жарылыс – мұздың әлсіз түйіршіктерін (фразіл мұзын) жоюға мүмкіндік беретін тербелістік бақылаудың бір түрі. Жарылыс заряды мұзды қирату үшін дәл есептелген болуы керек, бірақ айналағы құрылыстар мен ортаға ешқандай зиян келтірмеуі тиіс. Жарылыстың қауіпсіздігі де маңызды, сондай-ақ жақын жердегі тұрғындар шуға байланысты шағымдануы мүмкін. Осы себептерге байланысты, бұл әдіс көбінесе қолданылмайды, тек төтенше жағдайларда соңғы шара ретінде ғана қолданылады.
Материалдарды таңдау
Адам жасаған құрылыстар көбінесе мұздың жабысатын объектілері болып табылады. Сондықтан, осы құрылыстарға арналған материалдарды таңдауда мұздың жабысу қасиеттері ескерілуі керек. Мысалы, болат құрылымдар тоттанады, ал тоттың мұзға жабысуы өте күшті болады. Пластмасса, шыны талшығы, графит немесе тіпті болатқа эпоксид бояу жағу сияқты жабысу қабілеті төмен материалдарды таңдау жабысу мүмкіндігін азайтады. Жабысу орын алғанымен, мұндай материалдар қолдану арқылы басқа әдістерді, мысалы, сыпыруды жеңілдетуге болады.
Залалдарды азайту
Зақымды механикалық құрылымдармен белгіленген су тасқыны қаупі бар аймақтарды қорғау арқылы төмендетуге болады.