探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响.pdf

《探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第30卷第l9期农业工程学报Vo1．30No．192014年10月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringOct．201471探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响付永威，卢奕丽，任图生※(中国农业大学土壤与水科学系，北京100193)摘要：在利用热脉冲方法测定热特性时，通常对探针形状做理想化处理，即假设探针为线性热源，热导率无限大而热容量为零。在实际应用中，探针本身的有限特性(有限半径以及有限热容量)会导致热特性测定误差。为了研究探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响，该研究采用改进的热脉冲探针(直

2、径2nlin、长度40mm、间距8mm)测定土壤热特性，并分别使用PILS(pulsedinfinitelinesource，无限长线性脉冲热源)和ICPC(identicalcylindricalperfectconductors，近似圆柱形完美导体)2种理论估计土壤热特性，比较分析了探针有限特性对热脉冲技术测定热特性结果的影响。结果表明：1)与PILS理论相比，利用ICPC理论拟合得到的温度升高曲线，可以有效减少探针有限半径和热容量对土壤热特性测定结果的影响。与ICPC理论相比，在0．03～0．25m0／m的含水率范围内，用PILS理论得到的砂土热扩散率和热导率分别偏低11．8％

3、和5．2％；与模拟热容量相比，PILS和ICPC理论分别将热容量高估16．1％和7．9％；2)探针有限特性对土壤热特性的影响与含水率有关：在干土上最大；随着土壤含水率的增加，其影响逐渐降低。该研究对提高热脉冲技术测定土壤热特性的准确性具有指导意义。关键词：土壤；热传递；含水率；土壤热特性；热脉冲技术；探针有限特性doi：10．3969~．issn．1002—6819．2014．19．009中图分类号：S152．8文献标识码：A文章编号：1002—6819(2014)一19—007卜07付永威，卢奕丽，任图生．探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特·J生的影响[J]．农业工程学报，201

4、4，30(19)：71—77．FuYongwei，LuYili，RenTusheng．Influencesoffiniteprobepropertyonsoilthermalpropertyestimatedbyheatpulsetechnique[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(19)：71-77．(inChinesewithEnglishabstract)的测定过程得到相对简化。20世纪90年代，基于0引言瞬态法的双针热脉冲技术首次

5、被用于测定土壤容土壤热特性包括热扩散率()、热容量(c)积热容量L2J。在此基础上，不少学者提出了短时热和热导率()，是反映土壤温度变化快慢、保持和脉冲(short．durationheat—pulse)理论：如果探针间传输热量能力的基本物理参数。有关土壤热特性的距、加热速率及加热时间已知，就可以依据感应探信息，不仅是描述土壤中温度变化、能量传输的基针的最大温度升高值及其对应时间计算出土壤热础，也是研究其他土壤物理过程，如水热耦合传输、扩散率和容积热容量，二者之积为土壤热导率】。气体扩散、物质运移的前提。在输热管道、地下电如果己知土壤容重和固体的比热，也可利用土壤容缆和道路建设工程中

6、，地表热交换和土壤内热源周积热容量和含水率的线性关系反推得到土壤含水围的热能分布等问题的定量分析都需要准确的土率[3,7-8]。壤热特性信息¨J。在农业和农田小气候研究中，热在利用温度升高．时间变化曲线估算热特性时，特性影响近地面土壤和空气的温度动态以及土壤热脉冲技术往往将加热探针看作无限长的瞬时或脉中水、热、盐的传输状况，控制着地表的能量存储冲线性热源，未考虑探针本身的有限特性，包括有与分配，从而影响作物的生长发育进程。限长度、有限半径和有限热容量以及有限热导率等。近年来，随着热脉冲技术的发展，土壤热特性有学者认为【2，4J，热脉冲探针的有限特性与无限热源理论的假设有偏差，且这个偏

7、差是热脉冲技术测定土壤热特性的主要误差来源。进～步分析表明，在收稿日期：2014．07—29修订曰期：2014．10．12基金项目：国家自然基金项目(41271238)土壤热特性测定过程中，热脉冲探针的有限长度偏作者简介：付永威，男，山西人，主要研究方向为土壤物理。北京中离无限热源的理论假设，会导致对、C和的高估，国农业大学资源与环境学院，100193。Email：11109205@njau．edu．cn的偏差达0．6％～1．4％；将柱状探针看作瞬时线性热