土壤导热率测定及其计算模型的对比分析.pdf

第28卷第5期
农业工程学报
Vol28 No5
78 2012 4 3 A Transactions of the Chinese Socicty-of Agriculural Engineering
Mar.2012
土壤导热率测定及其计算模型的对比分析
王铄,王全九2※,樊军2,王卫华
1.西安理工大学水利水电学院,西安710048
中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与
?地农业国家重点试验室,杨凌712100)
摘要:土壤导热率是重要的热参数之一,为了获得顶测导热率的准确方法,该文对比分析了定土壤导热率的热脉冲
直接测定法和模型间接推求法。根据热脉沖原理在相同体积质量下,测定了不同质地和含水率七壤的导热率值。结果表
明在相同含水落条件下,砂粒含量越高,土壤的导热率越大,土壤导热能力越强。利用 Horton经验公式对实测值进行了
拟令,结果显示 lorton经验模型基本可以反映十壤导热率変化特祉,并得到了 Horton公式经验系数。利用实测值与
Campbell模型计算值进行了比较,结果显示 Campbell模型计算结果偏差较人,并对其进行了修正。并只用实测值与
Johansen模及其2种改进模型(Cot6- Konrad模型和Lu-Ren模型)的计算值进行了对比分析,结果表明 Johansen模型
计算结果与实测值偏差较大,2种改进型模型的计算结果与实测值更接近。该研究表明土壊导热率可以利用土壤质地
含水率、孔隙度和体积质量进行计算,3种理论模型的计算值与实测值的相关系数均值分别为:0.643、0.937、0.943,推
荐使用C0te- Konrad模型和Lu-Ren模型计算土壤导热率,Lu-Ren模型比C6t6- Konrad模型的适用范围更广。
关键词:土壤,导热率,模型,热脉冲,土壤质地
doi:10.39695-iss.1002-6819.2012.05.014
中图分类号:S152
文献标志码
文章编号:1002-6819(2012)-05-0078-07
王铄,王全九,樊军,等.士壤导热率测定及其计算模型的对比分析[].农业工程学报,2012,28(5):78-84
Wang Shuo, ang uan n Fan Jun, et al. Soil themal pro ies detemination and prediction model comparison J Transactions
the Chinese Society ofacul l Enin(Transactions ofthe SA), 2012, 28( 7-84.nche wth Enlish ab act
0引言
在分析不同质地対土壞导热率的影响,对比经验模型和
半理论模型的计算值与实测值,明确各种模型的优缺
土壤热特性不仅是描述土壤中温度交化、能量传输点,提出修正后的经验参数,为土壤导热率的准确预测
的前提,也是研究其他土壤物理过程,如水热耦合传输、提供参考,以期使公式的预测值更为精确,应用范围更
气体扩散、物质运移的基础り。随着研究的深入,土壞的为'泛。
水热耦合、水热溶质耦合数值模拟也得到广泛的发展
导热率是士壤水热溶质耦合运动研究以及模拟计算时的
基本理论
必要参数。热脲冲方法与传统方法相比,具有成本低,
根据热导定律,一个无限长的均匀等温介质,线性
对土壊扰动小,测试时间短,不易引起非饱和土壤中水热源发射的热脉冲呈放射状向周围传导,对丁土壤中的
分重分布的优势:对于室内试验,所需样品体积较小,某一点8
在田间试验时能够进行自动连续的定位测定,并且现在
有很多研究已经表明其精确度很高。因而在国内外的研
△(r,)=
>o(1)
(t-o)
究中得到了大量的应用2引
土壤导热率受土壤水分、地表温度、土壤质地、体式中,△7为温度变化值,"℃;t为感应探针温度达到最
积质量、士壤孔隙度、有机质含量等因素的影响。各地
高所需的时间,s;为热脉冲持续时间,s;Q为线性热
方土壤类型差异较人,土壤质地也各不相同,对土壤导源的强度定义为?qg2;P为介质的体积热容量
热率影响较大。目前土壤含水率,体积质量对导热率的MI(mK):タ为单位长度加热丝在单位时间内释放出的
影响研究较多,不同质地对土壤热特性影响也有过相热量,Wm:a为介质的热扩散系数,m2/s:r为热电偶
关报道?,本次试验用热脉冲方法测定土壤导热率,旨距线性电源的垂直距离,mm:-E(-x)为指数积分;x为被
积函数。这个指数积分可以用 Abramowitz and
收稿日期:2011-05-14修订期:20t12-19
Stegun(1972)给出的公式计算:当0≤x≤1时用式5.1.53
唢月编号:国家然科学基金资助(51179150)
当x1时用式5.1.569
作者筒介:主铄(1986),男,陕西帝南人,从事流域水土资源箐理技
三探针热脉冲的原理是:在测定时,发出加热源的
术以及土壤热特性方面的研究。西安西安理工大学水资源所,710048
加热丝保持有限时长(ro)的热脉神,在时刻,距离加
Emailwangshuo1986(@163.com
※通信作者:王全九(1964-),男,内蒙占丰镇人,教授,博士生导师,
热源的感应探针处达到最大温升值△Tm,由此求得关于
主要从率士物理与溶质运移研究,两安西安理T大学水资源所,14.a,-的表达式
Emailwquanjiu(@163.com
万方数