常温土壤导热系数模型评价及改进

导热系数是土壤热传递的基本参数,在许多领域发挥着重要作用。土壤导热系数的获得需要耗费大量的时间和精力,为了方便准确地获得土壤导热系数,将5种土壤导热系数实测值与Campbell、Johansen、C?té-Konrad以及Lu-Ren导热系数模型计算值进行了比较,并且引入了一个与土壤质地有关的参数F对误差较大的Campbell模型进行了改进。改进后的模型其NES、RMSE和PBISA范围为0.938~0.996、0.039~0.084,-0.067~0.016,明显优于原模型0.632~0.975、0.089~0.217、-0.011~0.252。然后,利用其他地区10种土壤的导热系数对改进后模型进行了验证。结果表明,土壤导热系数预测值稳定分布在1∶1线附近,修正后模型也能准确地计算其他地区土壤导热系数。     

基于CT扫描技术的黏土导热系数试验研究

针对土体细观的孔隙结构分布特征对导热系数的影响,基于分形理论,利用CT扫描和图像处理技术,对5种干密度重塑黏土试样的孔隙参数进行定量分析。结果表明:干密度从1.4g/cm3增大到1.6g/cm~3的过程中,孔径d1mm的试样,其孔隙的数量及孔隙度呈减小趋势,而孔径在0.22mm～1mm内的孔隙数量增多;利用分形理论对扫描图像进行分析,发现二维横截面内土体的分布分维数D呈逐渐增大趋势,由此推断:一部分较大孔径的孔隙随着土体干密度增大转换成较小孔径的孔隙,且土颗粒间的距离逐渐减小;将实际测定的导热系数λ与颗粒分布分维数D进行非线性拟合,拟合方程显示λ随颗粒分布分维数D增大而增大,相关系数达0.97,因此颗粒分布分维数D可作为描述黏土导热系数的新指标。     

基于叠层稳态热测量技术的锂离子电池导热系数测量

锂离子电池作为电动汽车的主流动力源,其组件导热系数是计算热传导过程中导热量最重要的参数。针对现有测量锂离子电池组件导热系数方法测量时间长、测量误差大,样品制备复杂等现状,提出了一种基于红外测温原理叠层稳态热测量方法,该方法采用激光加热叠层表面,通过红外热像仪测量表面温升,完成测量平台的搭建。测量聚丙烯材料的导热系数表明,该方法能够准确测量固体材料的导热系数,且测量模型简单,测量速度快。采用非接触式的测量方法,测量误差小,为测量锂离子电池组件的导热系数提供了新的方法,具有较好的工程应用前景。     

初乳真空冷冻干燥传热传质系数测定与分析

应用准稳态传热传质理论，在考虑水蒸气扩散对传热作用情况下，分别建立了奶牛初乳在真空冷冻干燥中多孔干燥层有效导热系数，冻结层导热系数和水蒸气扩散系数的测试模型，利用在冻干机上测取的试验数据，回归得到初乳的传热系数与水蒸气扩散系数，分析了压力与系数间的关系，结果表明，在１０Ｐａ～１２０Ｐａ范围内，干燥层有效导热系数随压力增大而增加，尤其在１０Ｐａ～６０Ｐａ范围内更为明显，而水蒸气扩散系数随压力的改变变     

渠道保温防冻胀中冻土层等效导热系数的计算

针对渠道保温防冻胀设计中计算保温板厚度时关键参数冻土层等效导热系数采用经验法确定、计算误差大等问题,建立了北方寒冷地区粉质黏土的基于分形理论的冻土层等效导热系数λ*的计算公式,利用蛤蟆通灌区试验资料拟合得到系数C的计算公式,并通过内蒙古河套灌区、新疆冲乎尔灌区和黑龙江蛤蟆通灌区渠道保温防冻胀试验资料对建立的冻土层等效导热系数公式进行了验证。结果表明,计算得到的聚苯板厚度与试验观测的最佳厚度基本一致,最大相对误差仅为7.0%,说明其计算精度较高。利用该公式计算得出了粉土及粉质黏土常用冻土层等效导热系数,对于地下水埋深较浅、渠基土冻结期间存在水分迁移、冻胀较为严重的地区,在实际工程应用中可根据设计渠道情况进行选用。     

包装对食品冻结过程的影响研究

通过模拟和实验方法研究食品包装对冻结过程的影响,首先,使用CFD方法模拟食品的冻结条件,包括食品周围空气的温度、流动速度及紊流强度等空气参数,以此来计算得到食品的表面传热系数,然后使用自然对流和辐射换热经验公式计算食品与包装材料之间的空气层内的传热过程,在食品内部每一点应用傅里叶导热公式模拟食品内部的传热过程,最后使用迭代方法将这几部分计算结合起来。在一实际的小型冷库中进行不同包装材料食品的冻结实验,以验证模型的准确性。结果表明,相对于传统的空气层热阻处理方式,该模型能够获得更加准确的计算结果,与实验结果吻合较好。不同包装材料的食品降温曲线差别较大,包装材料与食品之间的空气层对食品冻结过程有很大的影响,其热阻在整个过程中是不断变化的,变化趋势与食品降温曲线相反。     

混合农业物料的导热系数研究

农业物料的导热系数是影响其深加工的关键因数之一,本文利用非稳态热探针法测量玉米粉和其它7种饲料加工中常用的农业物料的导热系数,并讨论玉米粉与这几种农业物料按重量比例混合后的导热系数变化规律.通过对试验数据的分析,总结出导热系数变化的计算公式.     

基于神经网络红枣红外辐射干燥预测模型建立

针对红枣红外辐射干燥含水率的变化具有非线性和时变性、很难利用现有的模型构造一个数学模型来描述其变化规律的问题,利用Mat Lab神经网络工具箱和红枣红外辐射干燥特性试验数据建立了神经网络预测模型。通过对实测值和模型预测值进行分析研究,得出利用BP神经网络可以较快速、准确地建立模型来描述含水率的变化规律,且模型的预测值与试验测试值误差较小,能很好地实现在线预测的效果。     

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。     

冻融土壤Kostiakov入渗模型参数的非线性预报模型

在山西汾河灌区季节性冻土区进行了3个越冬期的大田冻结土壤水分入渗试验,获取了Kostiakov冻结土壤二参数入渗模型参数的实测大样本,建立了各个土壤水分入渗参数与土壤理化参数间的非线性关系模型;通过MATLAB软件,实现了Kostiakov二参数入渗模型系数的求解。研究表明:用常规土壤理化参数土壤含水率、密度、物理性黏粒含量、土壤温度和有机质含量作为非线性预报模型的输入参数实现对入渗参数的预测是可行的,所建立的非线性关系模型高度相关,预测参数的实测值与预测值的相对误差可控制在10%以下。因此,用土壤常规理化参数对冻融土壤的水分入渗参数进行非线性预报是可行的,可为季节性冻土区冬季储水灌溉提供技术支撑。     

基于孔压静力触探的心墙黏土水平渗透系数测定方法研究

为了提出一种准确快速的土石坝心墙黏土渗透系数测定方法,基于孔压静力触探建立了渗透水流的椭球形水平渗流模型,该模型可以较好的适用于夯实土体的水平向渗透系数评估。首先回顾了前人基于孔压静力触探测算土体渗透系数的研究成果,再从实际角度出发,分析推导了探头贯入土体产生超静孔隙水压力分布的力学模型,与实测数据对比后认为超静孔隙水压力负指数函数分布形式具有一定准确性。然后推导了基于椭球形水平向渗流模型的渗透系数评估方法。经工程实例验证,本文方法从理论和计算精度等方面对前人方法进行了完善,具有较好的工程应用前景。     

渠道的冻胀破坏与防治

在渠道防渗工程中,混凝土衬砌渠道被广泛采用。但据调查,有50％以上的混凝土防渗渠道都遭到不同程度的冻胀破坏,其主要原因是:(1)基土中各种形态水(即渠道渗漏水,地下水和地面水的补给水)的存在,在冻结过程中,形成水分由暖土区向冻结区迁移积聚,使基土中的含水量超过起始冻胀含水量。(2)基土属于冻胀类土。(3)在负温作用下,土体孔隙中水分冻结,土体体积膨胀即冻胀力产生。随着土体中水分的增加而冻胀力不断增大。     

含水率对土壤热物性参数影响的试验研究

土壤的导热系数、比热容和热扩散系数是表征其传热和蓄热的最重要热物性参数,是土壤热性质研究的重要内容。基于准稳态导热理论的平板仪法,对常用沙土的上述3种热物性参数进行了实验研究。结果表明:在土样未到达饱和状态时,导热系数、比热容、热扩散系数均随含水率的增加而增加,从含水率为0%增加到5%时的增幅最大。导热系数和热扩散系数随土壤质地类别和含水率的变化而变化,比热容的大小主要随含水率的变化而变化。平板仪测出的导热系数较热探针测出的值略微偏大,但两种方法测出的误差小于5%的数据占总数的97%,两种方法对土壤的应用等效。     

避雷线及线路耦合作用对杆塔入地雷电流分流系数的影响研究

为了保证电力系统安全可靠运行,制定科学合理的防雷措施尤为重要,这就需要获取准确的雷电参数,杆塔入地雷电流分流系数直接影响线路的耐雷水平,因此研究这一参数很有价值。在ATP-EMTP电磁仿真软件中搭建了杆塔、输电线路、绝缘子等模型,结合工程实际进行参数设置。模型建立之后,测量绝缘子恰好闪络时的分流系数,比较分析了电压等级、杆塔塔型、冲击接地电阻、雷电流幅值和陡度等条件改变时分流系数的变化规律,以及这些条件下耦合作用的影响,并对分流系数做了一些修正,提出了合理应用不同塔型杆塔的建议和一些有效的防雷措施。     

基于分形理论的土壤水动力弥散系数尺度模型

采用粒子平均移动的概念和理论,推导出土壤水动力弥散系数分形模型。模型参数包括粒子实际的无规则运动所产生的的弥散系数α0,描述土壤结构和非均匀性对于水动力弥散系数影响的系数β和分形维数D。实测资料验证表明,所提出的模型能够较好的反映土壤水动力弥散系数与尺度的关系。参数分析表明,分形维数D和参数β分别描述土壤非均质性和土壤结构对水动力弥散系数的影响,移动距离方差有随α0的增大而增加的趋势。     

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。     

基于扩张状态观测器的路面附着系数实时估计

对车辆动力学控制中的道路路面附着系数实时估计问题进行研究。首先使用魔术公式建立1/4车辆制动模型,即车轮制动动力学模型;然后将其中的附着系数相关项视为制动系统的扩张状态,建立其扩张状态观测器,通过轮速信号和制动力矩信号实时观测制动过程中地面与轮胎间的纵向力,进而计算出路面附着系数;最后在均匀路面和突变路面条件下进行仿真研究。结果表明,所提出的方法对车辆制动系统参数摄动和传感器噪声具有鲁棒性,可以准确地实现道路路面附着系数的实时估计,观测器与控制器设计具有一定独立性。     

冻结期与融解期潜水蒸发系数模拟研究

根据河套灌区的长期观测资料,确定非冻融期参数后,由稍作修改的水量均衡方程及优化求解方法计算地下水埋深,对冻融期潜水蒸发系数公式逐步进行分析改善,最后在冻结期和融解期采用增加常数项的指数形式的潜水蒸发计算公式,模拟计算的地下水埋深与实际观测结果拟合最好。根据模拟结果,冻融期的潜水蒸发系数仅用地下水埋深来表示,其它影响因素反映在参数中,模型简单,方便实用。     

海堤地基土变形和强度分析

采用平面应变有限单元法对海堤位移(沉降)和地基强度的发展变化进行了研究分析,计算结果表明:在海堤地基固结过程中,随着土体有效应力的提高,海堤地基土体抗剪强度相应增大,且上覆土层越厚,土体抗剪强度增长越大。计算结果与实测资料较为接近,验证了有限元模型及参数的合理性,对海堤地基评价具有显示意义。     

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。