青藏高原唐古拉地区暖季土壤水分对地表反照率及其土壤热参数的影响

为了研究青藏高原暖季土壤水分对冻土区地表热状况的影响,选取2010-2012年5-9月在青藏高原唐古拉气象场获取的气象及其活动层数据,分析了表层土壤水分对地表反照率以及土壤热参数的影响.结果表明:唐古拉站暖季表层土壤含水量集中在0.15~0.27之间,地表反照率值集中在0.14~0.24之间,日平均土壤热导率的波动范围在0.9~2.0 W·m^(-1)·K^(-1)之间,土壤热容的波动范围主要集中在0.8×10~6~1.8×10~6J·m^(-3)·K^(-1)之间,而土壤热扩散率则主要集中在0.6×10^(-6)~2.2×10^(-6)m^2·s^(-1)之间.土壤水分对地表反照率影响较大,随着土壤水分的增长,地表反照率呈现出明显的减小趋势.土壤水分对地表反照率的影响还受到植被生长周期的影响,土壤水分和地表反照率之间的关系在植被枯萎期和生长期有明显的差异性.唐古拉地区土壤热参数也明显受到土壤水分变化的影响,随着土壤水分的增加,土壤热导率、热容和热扩散率都为增大趋势,但是土壤水分对土壤热导率的影响较为显著,而对土壤热扩散率的影响则不显著.

土壤热参数确定方法比较与修正

土壤热参数是分析研究土壤热传递的基本参数,寻求确定热参数简单方法是研究的热点问题。该文利用自行研制的土壤热特性试验系统,测定了4种质地土壤热特性,计算了不同质地土壤在不同含水率、不同容重情况下的热扩散率,进一步推导出不同情况下的导热率,并与Campbell经验公式计算的导热率进行比较,发现计算值与实测值相差较大,并对Campbell经验公式进行修正,同时对修正经验公式进行分析、检验,并讨论此经验公式的适用范围。结果显示在体积含水率小于20%的时候,修正经验公式可以用于计算导热率。

新型电缆周围土壤热参数球形测量传感器

随着城市电网的发展,电力电缆使用量剧增,而电缆的工作状态受到其工作温度的影响,与电缆周围土壤热参数息息相关,因此有必要研制一种能够测量电缆周围土壤热参数的传感器以保证电缆的安全稳定运行。同时设计一种利用电感电容振荡(LC振荡)感应加热、PT100热电阻测温的空心球形传感器,相较于传统热探针能更好地考虑探头自热容和探头与土壤之间接触热阻的影响,最终通过Matlab非线性最小二乘拟合得出所测量土壤的热参数。

应用热脉冲法确定土壤热参数的可行性研究

利用自行研制的土壤热特性试验系统,测定了4种质地的土壤热特性,计算了不同质地土壤在不同含水率情况下的热扩散率,并与热传导方程解析解法计算的热扩散率进行比较。结果表明,利用热脉冲方法计算的热扩散率比解析解法计算的热扩散率值略微偏大。但是,利用2种方法计算所得到的土壤温度剖面相差不大,相对误差均小于5%。由此可见,利用热脉冲方法确定土壤热扩散率是可行的。

青藏高原西部狮泉河陆面过程参数和土壤热属性参数研究

青藏高原陆面过程对中国的天气和气候具有重要影响。高原西部因自然环境恶劣、近地层观测实验缺乏而难以精确确定陆面过程参数和土壤热属性等参数,陆面过程模型通常只能采用模型默认参数,给该地区陆面过程模拟结果带来了不确定性,也降低耦合了陆面过程模型的天气气候模式性能。本文利用2015年6月至2017年1月期间青藏高原西部狮泉河站的陆面过程观测资料,分析了该地区常规气象特征,估算了空气动力粗糙度、热力粗糙度、地表反照率、土壤热容量、土壤热传导率、土壤热扩散率和土壤水通量密度等重要参数。结果表明,狮泉河区域近地层以偏西风为主;气温、太阳辐射、比湿等的季节变化比较显著;干湿季分明,降水主要集中在6—9月。地表反照率受土壤湿度影响,存在微小的季节变化,平均为0.20,与沙漠和戈壁相当。空气动力粗糙度和零平面位移受各方位地物分布影响而存在差异,平均分别为5.58×10^(-2) m和0.44 m。不同热力粗糙度计算方案在该地区的性能存在较大差异;热传输附加阻尼及热力粗糙度受大气边界层层结状况影响,狮泉河大气边界层层结以不稳定为主,不稳定层结下热传输附加阻尼kB^(-1)和热力粗糙度平均值分别为11.37和6.44×10^(-7) m。土壤热容量、热传导率、热扩散率和水通量密度年平均分别为0.95×106 J·m^(-3)·K^(-1)、0.24 W·m^(-1)·K^(-1)、2.73×10^(-7) m^(2)·s^(-1)和0.12×10^(-5) m·s^(-1),与塔克拉玛干沙漠和敦煌戈壁的观测结果比较一致。

土壤热特性参数空间变异性与拟合方法研究

采用3S技术相结合的方法,在陕西省泾惠渠灌区研究了土壤热特性参数区域尺度的空间变异性,结果表明:土壤热容量、热扩散率及土壤导热率在该区域尺度下属于中等变异,土壤热扩散率和导热率的空间异质性较强,而土壤热容量的空间异质性相对土壤热扩散率和导热率表现较弱,三者均具有较强的空间依赖性。土壤热容量、热扩散率及土壤导热率的最优拟合模型分别为指数、球型、高斯模型,推荐三者的采样间距分别为2.67、3.68、2.76 km,推荐该区域范围内土壤热特性参数空间变异采样间距的最优值为3 km。在描述土壤热特性参数空间变异特征的基础上,建立利用土壤物理基本参数拟合土壤热特性参数的简单公式,并验证了此方法的适用性,决定系数R2达0.80以上,利用此方法能够实现土壤热特性参数的空间变异特征在复杂程度上的定量化。

基于地埋管换热器热响应测试的土壤热物性参数估算方法

根据实测地埋管换热器进出水温度和流量,分别用线热源解析模型、柱热源解析模型和一维数值模型估算土壤的导热系数、孔内热阻和单位体积热容。介绍了二三参数估算法,三参数估算法可同时估算导热系数、孔内热阻和单位体积热容,但计算时间太长,对计算机的内存要求也较高;二参数估算法对导热系数和孔内热阻进行寻优搜索,单位体积热容利用关联式计算,结果合理,计算时间较短。基于二参数估算法结果显示,一维数值模型的结果更接近实际值。

黄土高原地表能量闭合特征及土壤通量参数化

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站)2008年夏季晴天的湍流、辐射、土壤温度和通量梯度观测资料,确定了晴天土壤热参数,并结合土壤热流量板测量的温度积分法把实际测量通量推算到地表;讨论了典型黄土高原沟壑区土壤热量储存对地表能量闭合率的影响;建立了计算地表土壤热通量的模型.结果表明:黄土高原典型沟壑区夏季晴天平均土壤热容量为1.23×106 J.m-3.K-1;能量平衡方程中,以5cm埋深处HFP01SC热流量板观测值(G5)表示土壤热通量时,SACOL站地表能量闭合率为75.7%.采用温度积分法,将HFP01SC的直接测量结果校正到地表(Gs)后,地表能量闭合率可以达到81.8%;0～5cm土壤层的热量储存对能量平衡的贡献为6.1%.模型计算得土壤热通量(Gm)与Gs之间的线性回归斜率为0.973(显著性水平为0.1‰).(H+LE)与(Rn-Gm)进行线性回归,得到地表能量闭合率为81.7%.表明模型与温度积分法计算计算土壤热通量非常接近,但通过参数化方法计算时仅需要知道Rn即可.

土壤温度特性试验及其对圆环型直流接地极发热影响分析

为了更全面的分析直流输电接地极的发热过程,优化接地极设计,针对2种不同质地的土壤样品进行了温升模拟试验研究,建立了土壤含水量、热参数以及土壤电阻率的温度特性。同时,结合试验结果,采用有限元方法,建立了电热动态耦合模型,仿真分析了单圆环、双圆环型接地极在直流输电系统长时间单极运行时的温升情况,与传统模型中未考虑土壤温升效应的仿真结果进行了对比。试验及仿真结果表明:土壤参数会随温度而变化,从而进一步影响接地极的发热升温,而温升过高可能导致接地极不能正常工作。因此,结合土壤温度特性对接地极进行设计,能更大程度的保证接地系统的安全运行。

U型竖埋管式地源热泵热响应测试物性参数研究

在实际工程中,地源热泵系统设计最大的困难就是不能确定土壤热物性参数。文章基于线热源、柱热源解析模型和一维数值传热模型,提出一种快速的算法,模拟结果显示在1min内计算出全年的地下换热器进出口水温,钻井周围土壤温度,便于指导工程设计。比较不同模型的计算结果表明,一维数值模型用参数估计法得到的结果更为合理。

基于无限长圆柱热响应的岩土体热物性测试方法

岩土的热物性参数是影响地源热泵系统设计与运行的重要因素。该文基于半无限大物体恒热流作用下的非稳态传热理论,通过引入形状修正系数得到恒热流作用下无限长圆柱体的热响应,数据处理获得岩土体导热系数与导温系数的表达式。应用该理论对扬州市某住宅建筑地源热泵系统地下岩土进行热响应测试,测得岩土的平均导热系数与导温系数分别为1.03 W/(m.℃)和0.231 mm2/s。实测数据与理论结果吻合良好。

大石桥地区地源热泵地埋管换热器测试与计算研究

地埋管热泵运行效果的关键是地埋管换热效率,由于在不同地区的地下土壤与岩石的热物性的不同,使得地埋管换热器的换热效率在不同地区有较大差别,会直接影响地埋管热泵的实际运行效果和大幅度增加工程的造价。以线热源理论作为理论依据来对大石桥公安局业务技术用房项目进行岩土热响应测试并计算土壤的热物性参数。与此同时,改进了一种工程简化计算公式,公式综合考虑了岩土热物性和建筑冷热负荷以及地埋管铺设形式,用该简化的公式得出的地埋管换热器的长度与原有的计算公式得出的结果基本一致,该公式可以作为工程运用的依据。

基于土工布加固的不同温度条件下边坡稳定性分析

本文通过比较无土工布加固路堤、有土工布加固路堤和土工布加固路堤边坡情况,对坡度为1V?1H、1V?1.5H和1V?2H的路堤边坡进行稳定性分析。使用PLAXIS 2D通过改变温度和土壤热参数(容量、传导率和膨胀)的值对边坡稳定性进行热效应分析。研究结果表明:(1)土工布加固路堤边坡的稳定性随着热边界温度值升高而降低;(2)土工布加固路堤边坡的稳定性随着热膨胀值的增加而增加;(3)导热系数和比热容对其影响较小。研究结果可为相关工程提供参考。