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测定土壤热性质的热信号方法

作　者: 李婷
导　师: 王全九；樊军
学　校: 西安理工大学
专　业: 农业水土工程
关键词: 土壤热性质边界层 Campbell经验公式热脉冲
分类号: S152
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 85次
引　用: 2次
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内容摘要

土壤热参数是分析研究土壤热传递的基本参数,寻求确定热参数简单方法是研究的热点问题。本论文在总结国内外土壤热传递基本理论和热传递参数确定方法研究成果的基础上,采用理论分析与室内试验相结合的方法,对恒定边界温度下解析解和边界层理论,以及热脉冲技术确定土壤热性质方法进行了研究,得到主要结果如下:1、在分析恒定边界温度条件下土壤热传递特征基础上,利用热传导方程解析解法推求不同质地和容重下土壤热扩散率随含水量变化过程。根据土壤容重和含水量计算了热容量,并通过热容量与热扩散率计算了土壤导热率,分析了热性质与土壤含水量、土壤质地的关系。得出土壤热扩散率随含水量的增大表现为先增大后减小的抛物线变化过程,在含水量相同的情况下,热扩散率随着砂粒含量的增加而增加,砂粒含量越高,热扩散率峰值越大,峰值所对应的含水量越小。热容量随着含水量和容重的增大而增大。导热率随着含水量和砂粒含量的增加而增加。2、根据热传递边界层理论,建立了利用边界层方法推求土壤热扩散率理论公式,并利用所建立的边界层理论公式确定了土壤热扩散率,分析了热扩散率与土壤物理特性的关系。同时对边界层法与解析解法确定的热扩散率进行了比较,结果显示不同边界层理论公式所确定的土壤热扩散率与解析解法确定的热扩散率存在不同程度的差异,提出了适合于四种质地土壤的最优边界层理论公式。3、依据热脉冲传递理论,根据热脉冲传递条件下土壤温度变化特征,计算了土壤热扩散率,并分析了热扩散率与土壤质地、含水量的关系。通过热脉冲法与解析解法所确定的热扩散率对比,结果显示利用热脉冲方法计算的热扩散率比解析解法计算的热扩散率值略微偏大。但是利用两种方法计算所得到的土壤温度剖面相差不大,相对误差均小于5%。由此可以说明,利用热脉冲方法确定土壤热扩散率是可行的。4、将Campbell经验公式计算的导热率与利用热传导方程解析解法计算的导热率进行比较,结果显示Campbell经验公式计算的导热率偏大。通过对Campbell经验公式进行修正,使结果大为改善。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 论文研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究进展  10-22
    1.2.1 土壤水热耦合传递的基本理论  10-12
    1.2.2 土壤热性质的影响因素  12-13
    1.2.3 土壤热参数的确定方法  13-22
  1.3 存在问题  22-23
2 研究内容与技术路线  23-29
  2.1 研究内容  23-24
  2.2 技术路线  24-29
    2.2.1 理论分析  24-25
    2.2.2 试验方法  25-29
3 确定土壤热性质的解析解方法  29-47
  3.1 基本理论  29-34
    3.1.1 确定热扩散率基本理论  29-33
    3.1.2 确定导热率方法  33-34
  3.2 土壤热性质变化特征  34-38
    3.2.1 土壤温度分布特征  34-35
    3.2.2 热扩散率变化特征  35-36
    3.2.3 导热率变化特征  36-38
  3.3 利用Campbell经验公式计算导热率  38-45
    3.3.1 经验公式计算的导热率与实测导热率比较  38-40
    3.3.2 Campbell经验公式的修正  40-43
    3.3.3 导热率对土壤温度剖面的影响  43-45
  3.4 小结  45-47
4 确定土壤热性质的边界层方法  47-80
  4.1 基本理论  47-63
    4.1.1 温度剖面为二次函数  47-50
    4.1.2 温度剖面为三次函数  50-55
    4.1.3 温度剖面为四次函数  55-63
  4.2 利用边界层方法确定土壤热扩散率  63-71
    4.2.1 温度剖面为二次函数形式时不同土壤的热扩散率  65-67
    4.2.2 温度剖面为三次函数形式时不同土壤的热扩散率  67-69
    4.2.3 温度剖面为四次函数形式时不同土壤的热扩散率  69-71
  4.3 合理确定边界层理论公式  71-78
  4.4 小结  78-80
5 确定土壤热性质的热脉冲方法  80-89
  5.1 基本理论  80-81
  5.2 结果与分析  81-84
    5.2.1 土壤温度变化  81-82
    5.2.2 土壤热性质确定  82-84
  5.3 热脉冲法确定土壤热扩散率准确性分析  84-88
  5.4 小结  88-89
6 结论与建议  89-91
  6.1 结论  89-90
  6.2 建议  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-98
附录  98

测定土壤热性质的热信号方法

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