為什麼流動的水零下不結冰，是否存在一個極限溫度，如低於多少度任何水不能流動了和流動性有什麼關聯？

01-08

物理學

2016-02-13

水能否結凍，要看大氣的冷卻能力與被冷卻物體的熱容量之間的比較。水一流起來，外界給了「功」，不論轉換成熱能或熱容量，都會使流動的水難以結冰。結冰的過程溫度不變，但照樣要放熱，讓水結冰，就必須把這部分熱量帶走。如果是河流或者湖泊裡面的水要結冰，熱量主要是傳給上方的冷空氣直接帶走的。傳遞的方式有幾種：

（1）在結冰開始前，水通過直接和冷空氣接觸換熱，這時涉及的熱傳遞既有熱傳導，還有水汽蒸髮帶走的熱量（汽化熱）；

（2）通過河邊湖畔的土壤等固態物體傳導到它們與空氣的接觸面上再由冷空氣帶走；

（3）已經開始結冰以後，在冰層下與水的界面處釋放的相變潛熱會通過冰層熱傳導到上表面（與冷空氣的界面），再由空氣帶走。

分析了這些相關的過程以後，我們才好去作關於流水不易結冰的進一步討論。上述第一種傳遞方式，水是流動的不假，但空氣通常也是流動，而且流動速度（風速）往往比水流速度更快。如果水不流動，讓冷空氣流動起來，結冰的速度只會更快而不會更慢。原因是冷空氣一旦流動起來，單位時間內帶走的熱量會更多（所以我們在有風的冬日會感到格外的寒冷）。因為會有更多的冷空氣與水面接觸，而且流動的空氣會降低水面附近的水蒸汽壓，加速水的蒸發，帶走更多的熱量。那就可能有幾種原理可以來解釋：

①
剛結冰就被帶走，這是一種冰水混合物的狀態，如果冰屑夾雜在水中流動的時候，我們不會說這水「結冰」了，因為我們看到的是流動的「水」而可能看不到那些細小的冰屑，主要是水的流體特徵。在流動的情況下，冰屑之間不斷地分分合合，沒有充足的時間形成穩定的粘連，使得流動性得到最大限度的保持，也是造成其不易結冰現象的一種原因。

②
空氣的流動固然會加快結冰速度，而水本身的流動卻很可能會減緩結冰速度，還有個可能原因是流動的水可能導致水上下層之間的對流。由於水的密度與溫度的關係與其他物質大不相同，它在 4°C 存在一個密度最大值，這個溫度的水是沉在最下面的，這樣如果是一潭死水，無法由於溫差的原因出現上下層對流了，此時的傳熱也只能靠熱傳導來緩慢地進行。可是水一旦流動起來，情況就會大不相同了。在很理想的光滑底面的水渠中流動或許可以保持完美的層流狀態，一旦水底的某些對流動其阻礙作用的障礙物，水的層流就會被破壞，就可能在一定範圍內產生一些漩渦、湍流，而這些漩渦和湍流，就有可能使底部較高溫度 ( 最高也就 4°C )的水向上流動，而上面較低溫度的水向下流動，這樣帶上來的熱量阻礙表層水的降溫和結冰。

③
流動時分子碰撞內能增大，產熱使冰融化。

是否存在一個極限溫度，低於多少度時水不能流動了？這當然跟「流動性」有關聯，但流動性是「果」、提供多少凝固熱才是「因」。水在 0℃ 的凝固熱為 5.99
kJ╱mole (或 80
cal╱g)，如果是靜止時當然比較好計算，但流動的水在還沒凝固前就需要更多冷卻能力來使水凝固了。

還是那句老話，每個解釋都有道理，但或許終究是「瞎子摸象」。管他的，你覺得有道理就好了，懂這些道理還是要去做些有用的應用比較重要吧。

第一個問題需要掌握4個方面的知識，分別是(題主說的物理學過於籠統了)

1流體力學

2傳熱學

3熱力學

4傳質的內容（把這個歸類到1裡面也可以）

第二個問題是一個極限的問題，我對這個不了解，可能還需要其他的知識。

無奈本吊34學的不好，就不認真答了，況且也沒時間，有時間我再想想。

流水能否結冰主要是看流水結冰的相變潛熱是否能被heat sink及時消耗掉。

不考慮流體裡面3d 性質，可以把這個問題簡化為一個2d平面問題。假設模型是對稱的。

涉及兩個傳熱過程，conduction and convection。一般而言，對流換熱是起主要作用的，即只考慮空氣and水之間的傳熱路徑，忽略掉河床，岸對水的影響。

然後基於此寫出控制方程，找到critical value。

上班了，搬磚去

房檐上吊下來的冰溜子。

結冰的瀑布，這個流速快不快。

謝邀。

流動的水還是會結冰的。首先，0℃是純凈水（也就是不含任何雜質的水）的冰點，含有雜質的水的冰點一般低於0℃。在冬季，河流結冰一般是從表面開始，由於水的比熱容大，在水深的地方的溫度會比水面溫度高，這樣子看來會覺得流動的水不結冰。再說，如果流動的水不結冰，那麼黃河又怎麼會發生凌汛呢，又怎麼會有結冰的尼亞加拉大瀑布呢？

其實，河流等從表面開始結冰之後，要看氣溫，隨著氣溫的下降，表層的冰開始往裡延伸，變厚。只要溫度夠冷，都會結冰的

謝邀。

關於流水較之靜水不易結冰這一現象，我覺得可以這樣去理解(多是個人的假設和推理，沒有論證過)。首先要清楚我們說的結冰是什麼。冰是由冰晶凝結在一起形成的，而冰晶是晶核長成的單晶。流動就很可能阻礙這個形成過程。比如小冰晶不易結在一塊，結在一起也容易衝散。或者甚至可以說，晶核都比較不易長成冰晶，因為大家都知道水底的溫度會比水面高一點，流動中如果有一些阻礙，就很容易把下層溫度稍微高一點的水攪上來。當然如果溫度足夠低，我相信即使快速流動的水也會被凍住的。謝謝，請拍磚。

液態水想要凝固結晶，其相變的驅動力是體系內自由能的降低。當溫度降到熔點一下，液相中短程有序的原子集團就可能成為均勻形核的晶胚，當這些晶胚達到臨界半徑就能長大。而當過冷度越大時，臨界半徑越小，所以可以理解為溫度比熔點低的越多，越容易凝固。對於易流動的液體來說，形核率隨溫度下降到某個溫度時會突然顯著增大，這個溫度就叫有效形核溫度。一般當液體可過冷的最低溫度為熔點的80%左右時，會發生有效形核。比如水的話，熔點為273K，那麼218K時為有效形核溫度，即零下50多度。