森林土壤溫差發(fā)電系統(tǒng)利用土壤地?zé)崮苓M(jìn)行發(fā)電,在未來(lái)?yè)碛袕V泛的應(yīng)用前景。當(dāng)前,土壤溫差發(fā)電系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換效率較低,所以需要獲取森林土壤在深度方向上的溫度梯度,對(duì)溫差發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。本文以森林土壤的熱傳遞為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)土壤傳熱性質(zhì)的研究,建立了用以研究土壤傳熱的材料模型,根據(jù)此材料模型建立了土壤穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱模型,并通過(guò)土壤熱源分布實(shí)驗(yàn)對(duì)本文的土壤傳熱模型進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)森林土壤的熱物性影響因素進(jìn)行討論,采用Hot Disk熱常數(shù)分析儀測(cè)量了不同含水率、不同密度的土壤熱物性,并確定了土壤熱物性擬合公式;并結(jié)合土壤三相特性提出了計(jì)算土壤傳熱性質(zhì)的重構(gòu)模型,根據(jù)土壤熱物性測(cè)試結(jié)果對(duì)本文的土壤重構(gòu)模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的平均偏差為3.05%,證明了此模型的可行性。根據(jù)土壤熱物性擬合結(jié)果和土壤重構(gòu)模型分別建立了用以研究土壤傳熱的材料模型,將兩種不同的材料模型作為邊界條件,利用傳熱學(xué)理論,建立了土壤一維傳熱的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)數(shù)理模型,結(jié)合上述邊界條件,對(duì)穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱微分方程進(jìn)行求解。通過(guò)室內(nèi)外森林土壤熱源分布實(shí)驗(yàn),獲取土壤在一天、一年內(nèi)不同深度下的溫度數(shù)據(jù)變化,利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本文的土壤傳熱模型進(jìn)行驗(yàn)證:一維穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)理模型預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的平均誤差為3.92%;一維非穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)理模型預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的平均誤差為4.21%%。結(jié)合前人研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),本文的土壤傳熱模型預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的平均偏差為12.16%,證明本文的土壤傳熱模型的可行性。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S714
【部分圖文】：

式一直是研宂者們考慮的關(guān)鍵問(wèn)題（Ｇｉｌｂｅｒｔ?Ｍｅｔａｌ，?２池供電，太陽(yáng)能供電和風(fēng)能供電等幾種為無(wú)線傳感器電存在著更換困難和及時(shí)性難以保證的問(wèn)題，而且線路容易受到損壞。在森林環(huán)境中，由于受到森林郁的作用，光強(qiáng)的作用比較微弱，而且森林內(nèi)近地表的致太陽(yáng)能和風(fēng)能供電的方式不能在森林中廣泛應(yīng)區(qū)材的原位供電方式成為無(wú)線傳感器供電的必然選線傳感器的電源研宂熱點(diǎn)主要集中在聲波能、電磁波熱能被認(rèn)為是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色能源之一。對(duì)的作用下，大量的天然熱能儲(chǔ)存在土壤中，七壤就是冬天的自然林中，森林十壤的地表與２ｍ以下的土壤ｅｔａｌ，２０１５）�；谌惪诵�(yīng)，溫度差可以產(chǎn)生電能的溫差進(jìn)行發(fā)電進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)備開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)（Ｓｔｅｖｅ為林中無(wú)線傳感器供給穩(wěn)定微電源。??

＾ｐｃ??擴(kuò)散系數(shù)，ｍ２／ｓ；?乂一物體的導(dǎo)熱系數(shù)，Ｗ／（ｎｖＫ）；?物體的密度比熱容，Ｊ／（Ｋｇ，Ｋ）。??林土壤的熱物理特性，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了一定的研宄。國(guó)內(nèi)常用的方法可以概括為以下幾種：??土壤熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量土壤的熱物性??響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理如圖１－２所示，流體在加熱器中連續(xù)加熱后，進(jìn)行換熱，由于流體與土壤之間存在溫度差，故載熱流體與地下遞，從而導(dǎo)致流經(jīng)地埋管中的流體溫度發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量流，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，可以得到土壤的熱物性（宋欣陽(yáng)，２００９；隋曉鳳?

圖１－５本文的研究流程圖??Ｆｉｇ．?１－５?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??．５．本章小結(jié)??本章中，主要介紹了本研究的背景和意義，對(duì)國(guó)內(nèi)外土壤傳熱性質(zhì)和傳熱模型宄現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，總結(jié)了前人研宄的成果和不足，將溫差發(fā)電中的森林土壤熱問(wèn)題作為本研宄要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，提出了本文的研宄內(nèi)容，繪制了研宄過(guò)車個(gè)技術(shù)流程圖。??９??
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