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黄土温度场和水分迁移场及其耦合问题的研究

作　者: 陆海红
导　师: 赵树德；王铁行
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 岩土工程
关键词: 温度场黄土含水量密实度水分迁移导热系数水热耦合
分类号: TU444
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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引　用: 3次
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内容摘要

在国内外有关非饱和土温度场、水分迁移场及其耦合问题研究的基础上，给出了考虑辐射、蒸发、风速等边界条件的温度场有限元方程，给出了计算饱和-非饱和土水分迁移场的有限元方程，对非饱和黄土中温度场和水分迁移场传输机理及其耦合问题进行了初步的研究，给出了土体温度场和水分迁移场之间耦合问题的有限元计算模式，分析了温度和含水量之间的相互作用和影响。分别对不同温度梯度、不同密实度、不同初始含水量的土样进行试验，测定了各个土样中含水量的分布。基于对实验资料的分析，可以得出：温度对含水量分布的影响是在温度作用下含水量沿长度方向不是均值的，而是变化的，冷端的含水量增大，热端的含水量减少；初始含水量对含水量分布的影响是当初始含水量较大和较小时，温度差引起的含水量差值均较小，当初始含水量适中时，温度差引起的含水量差值较大，但含水量梯度与初始含水量的比值与初始含水量成反比；密实度对含水量分布的影响是密实度越小的土样其含水量的变化越大。通过对实验结果的分析，给出了反映温度和含水量之间关系的线性回归方程。在确定含水量的分布以后，考虑各类边界条件的影响计算有限元方程得到温度场的分布。由温度场的分布可以得到：在温度梯度的作用下，导热系数是变化的，而导热系数沿长度方向的变化，使得稳态温度场沿长度方向成非线性分布；密实度对温度场分布的影响是干密度越大导热系数越大；初始含水量对温度场分布的影响是含水量增大，导热系数也增大，达到最大值后，含水量增加导热系数反而减少，含水量对温度场的分布有显著的影响。

全文目录

第一章绪论  7-10
  第一节研究的背景与意义  7-8
    1.1 研究背景  7-8
  第二节研究内容与方法  8-10
    2.1 研究内容和方法  8-10
第二章温度场和水分迁移场  10-30
  第一节温度场的数值模拟  10-20
    1.1 温度场的导热偏微分方程  10-11
    1.2 温度场的泛函分析  11-13
      1.2.1 温度插值函数  11-13
    1.3 温度场的有限元方程  13-16
    1.4 边界条件  16-18
      1.4.1 第一类边界条件  16-17
      1.4.2 第二类边界条件  17
      1.4.3 第三类边界条件  17-18
    1.5 各类边界条件的确定  18-20
      1.5.1 辐射边界  18-19
      1.5.2 对流换热边界  19-20
      1.5.3 蒸发耗热边界  20
  第二节水分迁移场  20-30
    2.1 水分迁移的动力和原理  20-22
    2.2 水分迁移方程  22-28
      2.2.1 水流迁移势能  22
      2.2.2 黄土的渗透性  22-24
      2.2.3 非饱和土的Darcy定律  24-25
      2.2.4 液相的偏微分方程  25-28
    2.3 用有限单元法分析水分迁移场  28-30
第三章水热耦合和实验  30-51
  第一节水热耦合  30-31
  第二节实验  31-37
    2.1 土样制备  31-32
    2.2 实验目的和原理  32-34
    2.3 实验方法  34-35
    2.4 实验步骤  35-37
  第三节实验结果及分析  37-51
    3.1 含水量的分布  37-44
      3.1.1 温度对含水量分布的影响  38-40
      3.1.2 初始含水量对含水量分布的影响  40-41
      3.1.3 密实度对含水量分布的影响  41-42
      3.1.4 含水量与温度的线性回归  42-44
    3.2 导热系数的测定  44-47
    3.3 温度场的分布  47-49
      3.3.1 密实度对温度场分布的影响  48-49
      3.3.2 初始含水量对温度场分布的影响  49
    3.4 小结  49-51
第四章结论及建议  51-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
附录  57

黄土温度场和水分迁移场及其耦合问题的研究

内容摘要

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