土壤多孔介质热质传递过程数值模拟毕业设计

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1、毕业设计题目：土壤多孔介质热质传递过程数值模拟学生：学号：院（系）：机电工程学院专业：指导教师：20年5月31日陕西科技大学毕业论文任务书机电工程学院专业1班级学生：毕业设计（论文）题目:土壤多孔介质热质传递过程数值模拟完成期限：从年月日起到年月日课题的意义及培养目标：土壤是人类最基本的生产资料和生存环境之一，也是一种典型的多孔介质。自然界土壤中物质和能量的迁移传递现象十分普遍，土壤中任一点的热量传递和物质(湿分)运移相互关联、相互作用，从而形成一个以土壤水运动为基础的复杂的热质传递系统。该课题拟建立起能有效模拟土壤多孔介质内水、热、溶质传递运移

2、的数学模型；对土壤多孔介质在各种大气环境、不同土壤物理结构条件下的热质传递过程进行数值模拟与分析，使学生掌握科学研究的基本程序，训练学生对所学知识综合应用和独立思考、分析、解决实际问题的能力，培养学生勇于创新的思想意识。掌握撰写科技论文的格式与方法。论文所需收集的原始数据与资料：1：查找土壤多孔介质的物理结构参数，通过一些资料，统计土壤多孔介质热质传递过程中不同时刻试样内部的含水量。2：收集土壤多孔介质内部热质传递过程的资料初步掌握一些传热传质机理。查阅在风吹日晒雨淋条件下土壤多孔介质热质传递相关资料，并做初分析；3：搜集ANSYS的相关资料及计

3、算机仿真模拟的相关知识。课题的主要任务（需附有技术指标要求）：分析土壤多孔介质热质传递过程中的水分迁移机理；确定土壤多孔介质相关的物理参数；采用计算机软件ANSYS进行模拟，包括：1）建立起能有效模拟土壤多孔介质内水、热、溶质传递运移的数学模型；2）对土壤多孔介质在各种大气环境、不同土壤物理结构条件下的热质传递过程进行数值模拟与分析；3）对模拟结果进行分析与讨论最后得出结论。设计进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周次论文任务及要求第1~2周搜集与课题相关的资料第3~4周分析土壤多孔介质热质传递过程中的水分迁移机理第5~6周确定土壤多孔介

4、质相关的物理参数第7~9周对土壤中的温度场、湿度场建模第10~11周不同土壤物理结构条件下的热质传递过程模拟第12~14周模拟结果分析，编写论文第15周复习梳理知识，准备答辩工作。合计学生：日期：指导教师：日期：教研室主任：日期：I土壤多孔介质热质传递过程数值模拟摘要土壤是人类最基本的生产资料和生存环境之一，也是一种典型的多孔介质。自然界土壤中物质和能量的迁移传递现象十分普遍，土壤中任一点的热量传递和物质(湿分)运移相互关联、相互作用，从而形成一个以土壤水运动为基础的复杂的热质传递系统。土壤的研究对地下水埋藏较浅的冲积平原的综合治理及利用具有重要

5、的指导意义，有利于促进资源—环境—植物循环系统的理论研究和水土资源的综合利用，为高效农业服务。本文基于土壤多孔介质，采用ANSYS软件中的Workbench模块，对资源—环境—植物系统中的能量和物质流动进行了分析，从系统的角度来研究其中的几个热物理问题，即模拟土壤中的温度场和湿度场。首先，从连续介质力学的观点，建立了描述土壤中热湿迁移的物理模型和数学模型；其次，将实验数据与用所建模型模拟出来的结果进行比较对照，以验证所建立模型的正确性；最后，根据风吹、日晒、雨淋三种情况，分析了土壤中水分、热分布情况，分析时主要从以下两个方面进行：第一、在恒定环境

6、条件下进行了非稳态的数值模拟分析，得到了土壤中的温度场和湿度场；第二、在不同的外界环境条件下，分析了土壤内部温度和水分的分布情况。土壤中温度数值模拟的结果显示：在一定的环境温度下，经过一定的时间，土壤中的温度梯度会趋于恒定，同时在同一土壤深度处温度保持基本稳定；在外界温度高于土壤温度情况下，随着外界环境温度升高或者风速增大，由于对流换热系数的增大，土壤中温度也升高，当土壤温度高于环境温度时结果正好相反；土壤中温度变化明显区域主要集中在土壤表面及近表面处，土壤较深处温度变化不是特别明显。土壤中湿度数值模拟的结果显示：在蒸发条件下，土壤中的含水率会不

7、断减少，经过一定时间，会出现干饱和土壤层，水分蒸发面从土壤表面下移，此时土壤中的湿度梯度与温度梯度方向相反；在下雨条件下，土壤中含水率会明显增加，土壤表面附近会接近或达到饱和状态，由于水导率较小，土壤较深处并不会达到饱和状态。关键词：日晒，风吹，雨淋，模拟，土壤多孔介质，热质迁移INumericalSimulationofTheProcessofHeatandMassTransferinPorousMediumSoilABSTRACTSoilisoneofthemostbasichumanproductionandlivingenvironmen

8、t,isatypicalporousmedia.Transferofmatterandenergytransferinnaturalso