稻谷热特性参数的试验测定

采用非稳态热流法测定不同含水率稻谷的热导率和热扩散系数，进而求出比热容。研究了稻谷热特性参数与含水率的关系，结果表明，热导率、热扩散系数和比热容与稻谷含水率呈良好的线性关系。     

生物炭对北方寒区农田土壤热性能参数的影响

为揭示生物炭对土壤热特性参数的影响规律,以施加不同生物炭的北方寒区农田土壤为研究对象,设置土壤含水率水平分别为0%、8%、16%、24%、32%、40%,利用ISOMET2114型热性能分析仪,测定土壤在15～-15℃温度范围内导热率、热扩散率和体积热容量的变异特征,探究生物炭调控作用下土壤热特性参数对水热环境的响应机理。研究结果表明:在冻结与非冻结状态下,随土壤含水率增加,土壤导热率、体积热容量和热扩散率均表现出增大趋势,在3℃条件下,生物炭含量为0 t/hm2、含水率为24%和32%时,土壤导热率相对于含水率为16%时分别增加0. 141 4、0. 580 5 W/(m·K)。随生物炭含量增加,土壤导热率和热扩散率呈降低趋势,体积热容量在非冻结情况下呈降低趋势,在冻结情况下则呈增大趋势,在-3℃条件下,含水率为32%、生物炭含量为4 t/hm2和6 t/hm2时,土壤体积热容量相对于0 t/hm2水平分别增加0. 16、0. 20 J/(cm3·K)。土壤导热率与含水率呈对数函数关系,土壤体积热容量与含水率呈线性函数关系,土壤热扩散率与含水率呈二次函数关系。本研究结果可为准确描述北方寒区农田土壤热性能和生物炭改良土壤技术提供理论依据。     

桉树热解产物热物性参数演变特性研究

在自行设计的生物质固定床热解装置上,进行了150~850℃温度范围内,每隔100℃的桉树芯材木屑的固定床热解实验,并进行固态产物的热物性参数测试。结果表明:随着温度的升高,桉树芯材热解炭的固态产率逐渐减小,低位热值逐渐增大,450℃热解炭的热值比木屑原料提高了95.53%;堆积密度先减小后增大,体积能量密度持续增大,750℃热解炭的体积能量密度比原料增大了63.21%;热解炭的比热容和导热系数与热解炭内部的含水率、骨架结构,即孔道开度和密度有密切的关系。随着热解温度的升高,热解炭的比热容呈U字型趋势先减小而后增大,导热系数先轻微减小后以指数形式大幅增大,得到比热容和导热系数随温度的变化曲线方程,拟合度分别为0.932 0和0.995 3。     

基于压实分析模型的土壤应力传递系数研究

机械压实是造成土壤退化的重要原因之一,研究并预测土壤应力有助于科学规划田间机械使用,缓解压实问题。基于分析模型预测土壤应力的关键在于选择合适的集中系数。然而在已有的研究中集中系数取值混乱,导致该模型使用时存在很大争议,其原因在于对该参数随土壤环境的变化缺乏规律性认识。本文通过对集中系数表达式的进一步推导,在理论上提出了能够代表土壤环境对集中系数影响的无量纲参数σ_z/σ_0,定义为应力传递系数(STC)。基于水稻土和黄棕壤两种土壤,通过控制含水率和湿密度于室内重塑30种状态的土壤,在单轴压缩实验中运用土压力传感器测量计算应力传递系数,建立应力传递系数与土壤环境参数,如含水率、干密度和先期固结压力等之间的相关性分析。结果表明应力传递系数随土壤含水率的增大而增大,土壤初始干密度和先期固结压力与应力传递系数之间负相关性明显。根据所得应力传递系数计算相应土壤状态下的集中系数,其取值在1.20~12.39之间,与以往的研究结果相差不大,但包含了关于集中系数随土壤环境变化的具体信息。这意味着作为一个稳定可测的无量纲参数,应力传递系数为集中系数的计算提供了一个相对科学的方法,在定量描述土壤环境对集中系数影响的同时,完善了分析模型。     

基于非稳态热探针法的稻谷导热系数的测定

根据传热理论,导出探针法测定稻谷导热系数的数学模型。通过测定探针的升温速率,由上述数学模型计算出不同含水率稻谷的导热系数。实验结果表明,在常温下,产于我国南方地区的短粒型稻谷的导热系数随含水率的增加而增大。回归分析表明,短粒型稻谷的导热系数与含水率之间为线性关系。     

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。     

用于土壤消毒的土壤热物性参数的测定试验研究

在对土壤消毒前,为了保证土壤传热试验和数值模拟结果的准确性,需要对土壤的热物性参数进行试验测定。文章通过烘箱烘干法测得土壤的含水率;同时采用环刀法测定土壤的密度和容重。在此基础上计算出土壤的土壤孔隙率,此外,采用加权平均的方式对基质土壤的比热容进行计算。结果表明,采用烘箱法和环刀法可以用于土壤热物性参数的测定分析。     

干旱区滴灌均匀系数对土壤水氮分布影响模拟

基于HYDRUS-2D软件建立了棉花膜下滴灌水氮运移模型,利用干旱区棉花膜下滴灌试验数据对模型进行了参数率定和验证。将灌水器流量沿毛管的变化离散为依次逐段减小,并假设土壤水分在各段之间不存在交换,利用验证后的数学模型研究了干旱区不同滴灌均匀系数时土壤水氮分布特征,评估了土壤空间变异对水氮分布均匀性的影响。模拟结果表明,随着灌水的进行,滴灌均匀系数Cu为0.60和0.80时,土壤含水率和NO-3-N质量浓度均匀系数均呈下降趋势,而Cu=0.95时变化较平稳;滴灌均匀系数越低,灌水后土壤含水率和NO-3-N质量浓度均匀系数降低的幅度越大;土壤NO-3-N质量浓度均匀系数的变化范围为0.35~1.00,低于土壤含水率均匀系数。田间试验存在的土壤空间变异在一定程度上增加了土壤水氮分布不均匀性。     

基于NTC微珠状热敏电阻的瞬态热测量技术

实时原位监测相变材料热物性可以为优化新能源汽车电池热管理提供可靠数据支撑。提出了一种瞬态热测量技术,并建立对应的物理模型和方法,用于同步测量相变材料的导热系数和热扩散系数。采用该方法对相变材料石蜡进行测量分析,并通过仿真和试错法进行误差修正,测量得到石蜡的导热系数为0.245 W/(m·K),热扩散系数为1.07×10~(-7) m~2/s。测量值与参考值吻合良好。该方法具有热源小、测量快、原位测量等优点,在新能源汽车相变冷却热管理中有实际应用前景。     

中国东北地区季节性积雪导热系数及温度变化特征分析

积雪作为一种重要的下垫面,其热力学性质对周围环境的影响至关重要。利用中国东北地区天然积雪在不同密度(0.30、0.35、0.40、0.45 g/cm^3)下的雪温数据,分析积雪温度的变化特征,研究不同温度(-5、-10、-15、-20、-25℃)、不同密度(0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60 g/cm^3)下的积雪导热系数变化规律。结果表明:雪的导热系数随密度的增加而逐渐增大,二者之间存在良好的指数相关关系;在不同密度下雪导热系数对温度的响应呈现明显的差异,密度为0.40~0.45 g/cm^3时,导热系数随温度的升高而增大,密度为0.50~0.60 g/cm^3时,温度在-15~-25℃的雪导热系数随温度的降低而增大;在温度观测期间,雪温与气温变化趋势一致,且均低于0℃,在一天的不同时段,表面雪层会出现冷暖中心,0~20 cm浅层雪层的温度变化剧烈,雪温变化幅度自雪面向下逐渐减小,雪温振幅与积雪深度之间存在良好的负指数相关关系。深层雪温达到极值的时间滞后于表面雪层约4 h。在相同深度的雪层中,雪层温度随密度的增加呈现减小的趋势。     

围垦年限和土壤容重对海涂土壤水分运动参数的影响

为探讨围垦年限和土壤容重双因素对海涂土壤水分运动参数的影响,在室内试验的基础上结合理论计算,对海涂4个年限围垦区土壤2个不同容重下土壤导水率、水分特征曲线和扩散率的变化进行了研究。结果表明:围垦年限对土壤颗粒组成、结构及钠盐含量等影响显著,土壤饱和导水率随围垦年限的增长而减小;持水能力、土壤水分扩散率随围垦年限的增长而增大。土壤饱和导水率、吸渗率、土壤水分扩散率及相同土壤吸力下的含水率均随容重的增大而减小,随着围垦年限的增长,土壤容重对水分运动参数的影响更明显。     

宁夏黄灌区灌淤土水力参数研究

对宁夏黄灌区灌淤土水力参数进行了较为系统的研究.研究结果表明,原状土与扰动土饱和导水率变化范围分别为10～100 cm/d和3～50 cm/d.原状土饱和导水率随土壤剖面变化规律与扰动土一致:随着土壤深度的增加,饱和导水率呈现高低往复变化.原状土和扰动土的饱和导水率受粘粒含量、密度、孔隙度影响较大,受有机质含量影响较小...     

用一次加压法测定土壤扩散度

本文从试验原理和方法上介绍了在用压力提取器测定土壤水分特征曲线时,可以用一次加压法测得土壤扩散度,结合逐次加压法,测定土壤水分特征曲线、容水度及水力传导度。这样,一次试验可以同时测得非饱和土壤水分运动的全部参数。     

生物炭对黑垆土土壤水分运移特征参数影响

为了了解生物炭施加对宁南山区黑垆土土壤水分运移特征参数影响,以宁南山区典型土壤黑垆土为研究对象,按0%,1%,2%和3%的比例将土壤改良剂生物炭施加到垂直和水平土柱中,探讨不同施加比例下入渗速率、饱和体积含水量、饱和导水率、饱和扩散率等土壤水分运移特征参数的变化.研究结果表明:生物炭施加比例1%,2%和3%的土壤体积含水量较0%增加了2.98%,6.45%和7.94%,生物炭施加减缓了土壤入渗速率,提高了土壤持水性能;Philip模型比Kostiakov模型更加能反映出不同比例生物炭施加下土壤水分入渗过程;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和体积含水量分别较0%增加了5.05%,8.33%和9.85%,饱和导水率分别减少了45.71%,62.86%和74.28%,生物炭施加提高了土壤持水能力;Van Gencuhten中1%,2%,3%的参数a较0%分别减少了31.90%,29.25%,19.23%;n分别减少了0.28%,0.16%,0.66%;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和扩散率分别较0%减少了58.46%,77.96%和89.28%.生物炭施加改良了土壤结构,增加了土壤体积含水量,提高了土壤持水性能.     

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。     

大孔隙对土壤比水容重及非饱和导水率影响的实验研究

以南京市栖霞区东阳镇的粉砂壤土为例,用土壤水分特征曲线(van Genuchten模型)拟合包含大孔隙原状土、不包含大孔隙扰动土的实测数据,得到了模型参数,进而得到比水容重和非饱和导水率与土壤含水量之间关系的表达式,在此基础上对比分析了原状土与扰动土水分运动参数之间的异同,并着重分析了土壤大孔隙对其影响。结果表明,受土壤大孔隙的影响,在同一含水量的情况下,扰动土的比水容重比原状土大1～2个数量级,并且随着吸力的增大,二者的差值逐渐减小;扰动土的非饱和导水率小于原状土,最大可相差2～3个数量级。     

紫鹊界梯田区不同土地利用类型土壤入渗特征研究

采用压力仪和盘式入渗仪测定了紫鹊界梯田区域不同土地利用类型土壤的水分入渗特征并应用多种计算理论推算其水分运移参数。结果表明,林地和退耕地土壤持水能力比旱田和水田强,在相同吸力条件下林地和退耕地的含水率平均比旱田和水田分别高28%和55%;不同土地利用类型对土壤水分累积入渗量、土壤吸渗率和导水率有着较大的影响,其值均按照林地、退耕地、水田、旱地的顺序依次增大;研究结果初步揭示了紫鹊界土地利用类型对梯田区土壤水分运移机理影响。     

生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。