探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响

在利用热脉冲方法测定热特性时，通常对探针形状做理想化处理，即假设探针为线性热源，热导率无限大而热容量为零。在实际应用中，探针本身的有限特性（有限半径以及有限热容量）会导致热特性测定误差。为了研究探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响，该研究采用改进的热脉冲探针（直径2mm、长度40mm、间距8mm）测定土壤热特性，并分别使用PILS（pulsed infinite line source，无限长线性脉冲热源）和ICPC（identical cylindrical perfect conductors，近似圆柱形完美导体）2种理论估计土壤热特性，比较分析了探针有限特性对热脉冲技术测定热特性结果的影响。结果表明：1）与PILS理论相比，利用ICPC理论拟合得到的温度升高曲线，可以有效减少探针有限半径和热容量对土壤热特性测定结果的影响。与ICPC理论相比，在0.03～0.25m3/m3的含水率范围内，用PILS理论得到的砂土热扩散率和热导率分别偏低11.8%和5.2%；与模拟热容量相比，PILS和ICPC理论分别将热容量高估16.1%和7.9%；2）探针有限特性对土壤热特性的影响与含水率有关：在干土上最大；随着土壤含水率的增加，其影响逐渐降低。该研究对提高热脉冲技术测定土壤热特性的准确性具有指导意义。