土壤冻结过程中潜水蒸发规律的模拟研究

应用土壤冻结过程中水热耦合迁移模型模拟了内蒙河套灌区１９９０～１９９１土壤冻结期潜水蒸发过程，模拟值与实测值吻合较好．在此基础上，对不同负积温、不同潜水埋深条件下的潜水蒸发过程进行了模拟，并分析了埋深、负积温对冻结期潜水．蒸发总量的影响，提出了冻结期潜水蒸发折算系数的概念．潜水蒸发折算系数与负积温无关，有助于对土壤冻结期潜水蒸发规律的分析和应用．

青藏高原土壤冻结始日和终日的年际变化

利用青藏高原 1981— 1999年青海和西藏 5 8个气象站观测的土壤冻结上、下限记录 ,分析了冻结始日、冻结终日的空间分布和年际变化特征 .结果表明 :最早、最晚和平均冻结始日的分布基本一致 ,都是由北向南逐渐推迟的 ;最早、最晚和平均冻结终日的空间分布也比较一致 ,呈现南北早、中部晚的特点 .在 2 0世纪 80年代高原土壤冻结多偏早 ,解冻多偏晚 ,冻结日数偏多 ;而 90年代正好相反 ,冻结多偏晚 ,解冻多偏早 ,冻结日数偏少 ;冻结始日有明显的 3～ 4a周期变化 ,冻结终日有明显的准 7a周期变化 ;1981年、1982年为冻结早、解冻晚年 ,1983年、1990年为冻结晚、解冻晚年 ,1993年、1999年为冻结晚、解冻早年 .

人工土壤冻结过程的计算机模拟

针对用液氮或液态CO2对建筑物地基实施冻结处理的相变传热问题，进行了计算机数值模拟研究。相变导热方程采用了显热容法进行分析处理。采用自编程序对单管冻结速度、土壤容积含水率的影响和冷冻管布置方式的优化等问题进行了计算研究。最后针对某一实际工程应用给出了冷冻管布置的优化方案。

土壤冻结过程中水分迁移动向的研究

In the areas of seasonal and perennial frozen soil, soil layers always contain different exent free stagnant water and frozen stagnant water, which may save the pressing need of water for spring plants. The paper, according to the laboratory stimulation of water movement in soils during freezing, analyzed formation and affecting factors for frozen stagnant water. In light of the fact that water content obviously increased after freeze. The authors advanced technical measures for afforestation in arid regions, aiming to using this part of water to assure plant’s survival and growth.

土壤冻结时间的数值模拟及实验

建立了土壤冻结过程数学模型及传热特性微分方程(温度模型),对土壤冻结时间进行数值模拟,采用有限差分法进行数值求解.用TDMA法上机计算并同实测值进行对比,论证了数学模型的正确性.认为用计算机数值分析方法进行冻结过程模拟,对实际工程的冻结工艺、冻结设施的优化设计具有实际意义.

基于BP神经网络的土壤冻结温度及未冻水含量预测模型

土壤冻结温度与未冻水含量是冻土的重要物理参数 ,影响因素多 ,关系复杂 .利用BP网络模型来描述冻结温度与未冻水含量及其与主要影响因素之间的关系 ,效果良好 .该模型直接根据试验数据通过神经网络的自学习能力寻求输出变量与输入变量间的内在非线性规律 。

严寒地区地源热泵地埋管周围土壤冻结影响因素的实验研究

为了研究影响地埋管周围土壤冻结的因素,文章建立了模拟严寒地区热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置。实验研究了进口流体温度、土壤体积含水率和土壤初始温度对地埋管周围土壤冻结的影响。结果表明:进口流体温度变化改善了埋管周围的温度场,有利于埋管换热器换热;随着土壤初始温度升高,减小了土壤物性参数的变化,增加了地埋管换热器的换热量;土壤体积含水率的增加,强化了周围土壤与地埋管换热器的换热作用,有利于提高地埋管的出口流体温度和取热值。

应用TDR对土壤含水率及土壤冻结融解深的计测

运用 TDR(Time Domain Reflectometry)计测土壤含水量 ,80年代以来就受到了瞩目 ,到今天为止TDR方法在土壤盐分浓度 ,浸润面深度 ,冻结融解面深度等许多领域得到广泛应用。为了确认在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数 ε与含水率 θ之间的关系曲线的滞后现象的有无 ,以及确认运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度的有效性 ,进行了一系列的实验。实验证明 ,在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数ε与含水率θ之间的标定曲线中没有出现滞后现象 ,运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度不论在室内实验还是在田间实验中都很有效 ,并取得了较高的精度。

严寒地区地埋管换热器周围土壤冻结区域分布特征实验研究

建立了模拟严寒地区土壤热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置,实验研究了地埋管周围土壤冻结区域的分布特征,给出了冻结相变锋面的平均移动速度。结果表明,土壤冻结区域呈不对称性分布,流体进口温度为-15℃时,埋深为350、700、1 050mm,热响应区在40~60mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为5、5、6.67mm/h,热响应区在60~80mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为1.54、1.82、1.82mm/h;土壤冻结在一定程度上有利于地埋管与周围土壤之间的换热,在严寒地区地源热泵的设计中应考虑土壤冻结现象。

土壤冻结对地埋管换热器性能的影响

建立了考虑土壤冻结的地埋管换热器非稳态传热模型,采用有限容积法离散了管内流体、管壁及土壤区域的控制微分方程,对涉及的土壤相变问题采用显热容法处理。数值计算结果表明,地埋管换热器周围土壤冻结区域较小,但土壤冻结后导热系数大幅度提高,更有利于土壤的导热;考虑土壤冻结的影响后,计算出的地埋管换热器的出水温度和取热量均有所提高;土壤含水量高有利于地埋管换热器的换热,但土壤含水量较低时,土壤冻结对地埋管换热器性能的影响较小。

阴山北部耕作土壤冻结过程温度变化的数值模拟

在建立土壤冻结模型的基础上,对内蒙古阴山北部农牧交错带耕作土壤冻结过程进行了数值模拟,计算方法采用三点中心差分格式,模拟出冻结缘变化情况下的土壤冻结过程中温度曲线。模拟结果与野外试验进行对比,结果可信。通过阴山北部耕作土壤的冻结模拟研究,揭示了该地区耕作土壤的冻结特性,对进一步研究该地区的土壤冻融变异下的风蚀提供帮助。

土壤冻结温度测定试验研究

在研究越冬期土壤的水热耦合运移规律时,通常需要同步测定土壤冻结深度,为了分析冻融期土壤剖面的冻结情况,我们在室内对3种土质的土壤进行了土壤冰点测试实验,测定了土壤冻结的时间过程及不同含水率、含盐量条件下的3种土质的冻结温度(冰点)。分析了土壤冻结温度随土壤含水量及含盐量的变化规律,为确定试验区越冬期土壤冻融状况提供了依据。

土壤冻结作用下地埋管换热器的传热特性

以哈尔滨的土壤质地为研究对象,基于相似理论自行搭建了地埋管换热器低温取热工况实验台,研究了不同土壤初始含水量、孔隙率对埋管侧土壤冻结范围、埋管自身换热性能及热泵机组COP的影响。研究结果表明:土壤初始含水量在0~40%范围内时,含水量越大,埋管侧土壤冻结范围越小,换热器换热性能越好,以含水量由0增大到10%最为明显;土壤初始孔隙率由0.16增大到0.38时,换热器换热性能有明显提升,孔隙率由0.38增大到0.47时,对换热器换热性能影响较小;土壤初始含水量为40%、孔隙率为0.47时,地埋管地源热泵机组COP可达3.19。

基于显热容法的地源热泵地埋管换热器周围土壤冻结特性研究

为了探讨寒冷地区土壤冻结对地源热泵地埋管换热器换热特性的影响,建立了考虑土壤冻结的地埋管周围土壤传热模型,并利用显热容法对冻结相变问题进行了处理。基于模型的数值求解探讨了土壤含水率、原始温度、热扩散率及Stefan数对埋管周围土壤温度分布及冻结速度的影响。结果显示,与未考虑土壤冻结相比,计算出的地埋管周围土壤温度高,传热热阻小,从而可以减小埋管的设计长度,降低系统初投资;提高土壤含水率有利于地源热泵的设计与运行;减小热扩散率和Stefan数可以有效地降低土壤的冻结速度。

土壤冻结条件下水、热耦合运移数值模拟研究

根据冻结条件下非饱和土壤水分运动和热量迁移的基本方程,推求冻土水热耦合迁移的数学模型,采用Grank-Nicolson计算格式及迭代方法进行求解。通过计算与实验结果对比,表明采用的数学模型和数值计算方法可靠,为模拟各种不同条件下的土壤冻结过程创造了条件。

土壤冻结过程中盐分运移规律的研究

土壤在冻融过程中水和溶质迁移规律的研究,是土木工程的冻害防治、水土环境保护、陆地水循环、土壤次生盐渍化防治等领域的重要基础内容。通过室内实验对天津市西青区和静海地区4种不同质地的土壤冻结过程中的盐分(Cl-、Ca2+和有效P)的迁移规律进行了研究。实验采用室内短土柱法,对土样进行冻结实验,采用滴定法、比色法对盐分进行化学分析。结果表明,土壤冻结过程中,盐分添加相同,土质不同对盐分运移存在较大差异。添加盐分不同,同一土质,对同种盐分运移有较大不同。土质和盐分添加的交互作用,影响盐分的运移。

土壤冻结对麦田水分运动的初步研究

观测研究了在初冬冻融过程中麦田土壤水分的变化。结果三次冻融过程中0～20cm耕层土壤不结冻的覆盖处理含水量平均减少2．4％，而冻结的自然状态土壤含水量平均增加0．5％，每次冻结过程土壤含水比不冻结处理平均相对增加2．9％，0～san的表层土壤每次冻结过程土壤含水比不冻结处理平均相对增加2．63％。因此，冬季灌溉不能仅根据干旱天数来决定，分析冬季麦田水分状况，需考虑冻结对水分运动的影响。

对影响秋季造林土壤冻结期的灰色灾变预测

赤峰市松山区造林以秋季为主，对影响造林的土壤冻结期，本文应用灰色突变原理，将土壤冻结日期这一特定时区的一系列数据进行处理，构成灾变日期序列，建立ＧＭ（１，１）灾变预测模型，预测出未来土壤冻结灾变出现年份、为科学安排秋季造林时期提供了理论依据。