有限元模拟土壤孔隙对双针热脉冲法测量比热的影响

双针热脉冲(DPHP)方法是目前用来测量土壤比热(c)、热导率(λ)和温度(T)的重要方法。然而,很多因素均会导致双针热脉冲法测得的λ和c存在误差,如土壤孔隙。基于三种不同粒径的石英砂,通过有限元法(FEM)模拟DPHP实验,分析土壤孔隙对DPHP法测量比热的影响,结果表明:(1)土壤孔隙导致测得的温度空间分布存在显著的各向异性,加热针周围6 mm处不同方向的比热(c)之间相对误差达到了23%;(2)DPHP方法测得的土壤热特性标准差随粒径增大而增大,这与实际实验观察的结果一致;(3)土壤孔隙的存在使得DPHP法测得的土壤比热被高估,本模拟中加热针周围6 mm处c值被高估了约6%。

基于DPHP测量数据提取热导率参数的方法研究

基于DPHP实测数据研究了提取热导率参数的两种方法:极值法和拟合法.极值法利用温度曲线的峰值及对应时间计算热导率,测量过程中的采样间隔是影响计算结果的关键因素,热导率相对误差同采样间隔与峰值时间的比值有关,当比值小于0.02时,相对误差不超过±1%.采用抛物线拟合采样最大温度值相邻的数据计算峰值温度能够在一定程度上弥补采样率过大的问题.但对于过大的采样间隔获得的数据应使用非线性拟合法.非线性拟合法要求拟合模型对实测数据有良好反映,但理论模型与实际探针模型的差异导致实测数据只是在最大温度前后吻合较好,因此需要对拟合数据窗口进行选择.基本原则是数据区间内应当包含温升最大值,而且上升段的数据量应少于衰减段的数据量.