非饱和土壤一维热湿耦合传递模型与实验研究

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1、中文图书分类号：TU83密级：公开UDC：624学校代码：10016论文题目：非饱和土壤一维热湿耦合传递模型与实验研究论文作者：胡晓蕾学科：建筑与土木工程指导教师：高岩、曹勇论文提交日期：2018年6月分类号TU83学号2108521315105学位论文非饱和土壤一维热湿耦合传递模型与实验研究One-DimensionalHeatandMoistureCouplingModelandExperimentalStudyonUnsaturatedSoils胡晓蕾指导教师姓名高岩职称教授曹勇职称研究员申请学位级别硕士学位

2、类别工程硕士专业名称建筑与土木工程年级2015级论文答辩时间2018年6月学位授予单位和日期北京建筑大学年7月答辩委员会主席燕达职称副教授论文评阅人匿名评审北京建筑大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京建筑大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示

3、了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签字：日期：年月日北京建筑大学硕士学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于北京建筑大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文纸质版和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：校内导师签名：年月日年月日校外导师签名：年月日摘要土壤作为

4、一种重要的自然资源，在能源利用方面一直被广泛关注，如地源热泵、地热的存储和利用等。并且由于其本身多孔、多相的复杂结构使其在很多领域都具有重要的研究意义，如热力管道的地下输送、农田水利方面、核工业和地热工业等。本文首先综述分析了国内外研究的发展历史及其成果，从20世纪初人们便开始对土壤等多孔介质的传热传湿规律进行研究，在这期不断的对其运行机理和数学模型进行探索和归正。但是究其本身的复杂性和微观性，在此方面的研究仍未盖棺定论，其内部运行机制也未清晰明了，尤其在针对性的实验分析验证上还较少。因此，本文在前人的研究成果上，

5、分析了几种在发展历程中较为成熟的数学模型，并根据其研究发展的趋势和优化，最终采取更为合理的三场模型，即热-水-力三场耦合，此模型是在热湿两场耦合的基础上发展起来的。并搭建了一维非饱和土壤热湿传递实验台，针对不同的初始含水量和不同的温度梯度研究了10种工况的传热传湿规律，分析了实验结果，并根据数学模型进行仿真模拟，对实验结果进行验证。根据初始含水量的不同可将本文的实验工况分为4组，即9.2%、13.5%、16.5%和含水较为高的22.8%。而在相同的初始含水量的条件下，又分别设定了不同的温度梯度，按照从低温到高温的等

6、级梯度研究其热湿传递规律。土壤的温度随时间逐渐增长，但是增长的幅度却随着距热源距离的增加呈现反函数降低趋势，指数系数的大小决定了温度增幅随距离降低的快慢程度。湿度场则会出现峰值现象，且峰值在不断增长，由于此过程中土壤水分在往远热源端迁移，此峰值也在不断后移，但其速率在随着水分迁移速率的减慢而减缓。之后分析了不同初始含水量对温湿度场的影响，发现初始含水量越高温度增幅越大，湿度峰值也出现的越早。最后以热湿耦合传递的数学模型为基础在MATLAB平台上编写程序进行了仿真模拟，并将结果与实验值进行了对比，得到的误差在较小范围

7、内，从而证明了该模型的准确性，并在此模型的基础上研究了土壤饱和导水率对水分迁移的影响。关键词：一维非饱和土壤；热湿传递；数学模型；温度场；湿度场IAbstractAsanaturalandnon-pollutingrenewableenergysource,soilhasbeenwidelyconcernedaboutenergyuse,suchasground-sourceheatpumps,geothermalstorageandutilization,etc.Andbecauseofitsporous,mul

8、ti-phasecomplexstructure,ithasimportantresearchsignificanceinmanyfields,suchasundergroundtransportationofthermalpipelines,irrigationandwaterconservancy,nuclearindustryandgeothermal