土壤作為一種重要的自然資源,在能源利用方面一直被廣泛關(guān)注,如地源熱泵、地熱的存儲和利用等。并且由于其本身多孔、多相的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使其在很多領(lǐng)域都具有重要的研究意義,如熱力管道的地下輸送、農(nóng)田水利方面、核工業(yè)和地熱工業(yè)等。本文首先綜述分析了國內(nèi)外研究的發(fā)展歷史及其成果,從20世紀初人們便開始對土壤等多孔介質(zhì)的傳熱傳濕規(guī)律進行研究,在這期不斷的對其運行機理和數(shù)學模型進行探索和歸正。但是究其本身的復(fù)雜性和微觀性,在此方面的研究仍未蓋棺定論,其內(nèi)部運行機制也未清晰明了,尤其在針對性的實驗分析驗證上還較少。因此,本文在前人的研究成果上,分析了幾種在發(fā)展歷程中較為成熟的數(shù)學模型,并根據(jù)其研究發(fā)展的趨勢和優(yōu)化,最終采取更為合理的三場模型,即熱-水-力三場耦合,此模型是在熱濕兩場耦合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。并搭建了一維非飽和土壤熱濕傳遞實驗臺,針對不同的初始含水量和不同的溫度梯度研究了10種工況的傳熱傳濕規(guī)律,分析了實驗結(jié)果,并根據(jù)數(shù)學模型進行仿真模擬,對實驗結(jié)果進行驗證。根據(jù)初始含水量的不同可將本文的實驗工況分為4組,即9.2%、13.5%、16.5%和含水較為高的22.8%。而在相同的初始含水量的條件下,又分別設(shè)定了不同的溫度梯度,按照從低溫到高溫的等級梯度研究其熱濕傳遞規(guī)律。土壤的溫度隨時間逐漸增長,但是增長的幅度卻隨著距熱源距離的增加呈現(xiàn)反函數(shù)降低趨勢,指數(shù)系數(shù)的大小決定了溫度增幅隨距離降低的快慢程度。濕度場則會出現(xiàn)峰值現(xiàn)象,且峰值在不斷增長,由于此過程中土壤水分在往遠熱源端遷移,此峰值也在不斷后移,但其速率在隨著水分遷移速率的減慢而減緩。之后分析了不同初始含水量對溫濕度場的影響,發(fā)現(xiàn)初始含水量越高溫度增幅越大,濕度峰值也出現(xiàn)的越早。最后以熱濕耦合傳遞的數(shù)學模型為基礎(chǔ)在MATLAB平臺上編寫程序進行了仿真模擬,并將結(jié)果與實驗值進行了對比,得到的誤差在較小范圍內(nèi),從而證明了該模型的準確性,并在此模型的基礎(chǔ)上研究了土壤飽和導(dǎo)水率對水分遷移的影響。
【學位單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S152
【部分圖文】：

自然風化后形成的疏松狀物質(zhì)，是礦物和有機。其內(nèi)部包含著大小形狀及排列不同的固體土氣體，共同構(gòu)成了一個各向異性的、多相的、固相顆粒對土壤本身的結(jié)構(gòu)、滲透性、熱力及物顆粒在土壤中的比例，基本上分為四大類：占土壤總量的比例，土壤又可分為砂土，壤土液、氣三相在土壤中是共同存在的，當土壤內(nèi)時對這三者產(chǎn)生一定的影響，因此不能將其進的定量關(guān)系，我們將其示意成獨立的單元。

圖 2-2 水分形態(tài)分類圖Fig. 2-2 Classification of Water Forms地下水重力水：當進入土壤的水分超過田間分水沿著大孔隙受重力作用分受重力作用的土壤水稱重毛管水：靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的毛的水分。膜狀水：土壤顆粒表面吸附所保持的

圖 2-2 水分形態(tài)分類圖Fig. 2-2 Classification of Water Forms濕水圖 2-3 吸濕水形態(tài)圖Fig. 2-3 Hygroscopic water pattern
【參考文獻】

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本文編號：2855691