加热光纤法同步测定土壤水热参数误差分析

土壤水热参数是研究土壤水热传输的基本物理参数。当前热脉冲探针法（HPP）可同步测定土壤水热参数,但该方法仅限于在点尺度下测定。与其具有相同理论基础的加热光纤法（SPHP-DTS）,可将测定尺度增大至田间千米尺度,但其测定精度尚未得到有效验证。为了探知SPHP-DTS法的误差,本研究进行了SPHP-DTS法与HPP法测定土壤水热参数的对比试验。结果表明,以HPP为标准,加热光纤法测定热导率的精度RMSE为0.13 W?m-1?℃-1。SPHP-DTS法测定的热导率显著高于HPP法,主要原因在于加热光纤时产生的温度效应。通过热导率法测定土壤含水率时,在热导率测定误差的影响下,SPHP-DTS法的测定精度明显低于HPP法。SPHP-DTS法测定土壤水热参数的其他误差来源包括光纤与土壤之间多个界面的接触热阻、光纤的温度敏感性、噪音干扰以及温度梯度驱动下的水分迁移。本研究可为SPHP-DTS法提升土壤水热参数测定精度提供理论参考。     

碳化硅肖特基结的研制

近年来,Si器件的设计和制造工艺取得巨大进步,使Si器件特性已经接近材料理想极限。SiC材料的禁带宽度大、热导率高、临界电场高,SiC器件的高压、高温和抗辐射能力都远高于Si器件。本论文采用了Si器件的各种制成工艺技术,包括保护环、结终端扩展和台面结构,选用镍(Ni)与4H-SiC接触形成肖特基势垒,SiC肖特基二极管的基本结构与Si肖特基二极管相同,实验取得成功。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

不完全分形多孔介质热导率模型

将多孔介质的物理构成分为具有分形结构的团聚体集合和不具有分形特性的固相和孔隙相,建立了简化单元体模型解释其微观结构。结合多孔介质在干燥过程中热量守恒定律和傅里叶导热定律导出了材料总有效热导率模型。此模型无经验常数,每一个参数都有物理意义。研究结果表明,有效热导率与迂曲分形维数、面积分形维数、孔隙率和热风温度呈反比,与热风速率和时间呈正比。     

苹果汁热导率的试验研究

采用微热探针法测试装置进行了果汁热导率试验。该装置结构简单、使用方便 ,每次只需试样 5 0mL ,且测试时间 <2 0s ,试样温升 <2℃ ,减小了自然对流造成的测试误差 ,测试过程中可反映试样的真实状态。测定了2 0种不同质量分数苹果汁的热导率 ,苹果汁的质量分数采用WAY(2WAJ)型阿贝折射仪测定。试验结果表明 ,苹果汁质量分数与热导率呈高度负相关 (r >90 % ) ,并得到了 2 7℃环境温度下不同质量分数区域苹果汁热导率的经验公式。对几种不同质量分数区域苹果汁热导率的测试结果表明 ,实际测定结果与经验公式的计算结果能很好地吻合。     

温度和糖度对橙汁热导率的影响

为了深入研究橙汁热导率的影响因素,采用微热探针法测试系统,对糖度为5%~66%(质量分数)的橙汁在温度0~50℃间的热导率进行了系统测试。结果表明,对于同一糖度的橙汁,其热导率与温度呈高度线性正相关,而在同一温度条件下,橙汁的热导率与其糖度呈高度线性负相关,由此得出橙汁热导率关于温度和糖度的预测模型,通过此模型可预测0~50℃条件下不同糖度橙汁的热导率值。可见,橙汁温度和糖度均是其热导率的影响因素。     

不同土地利用类型土壤含水率与热导率相关性研究

[目的]研究自然条件下不同土地类型土壤含水率与热导率的相关性。[方法]选取露天状态下农耕地、裸地、草地、灌木地4种土地利用类型作为供试地块,在0~15 cm深度土层取样,通过烘干法测量土壤含水率,利用非稳态探针热脉冲技术测量土壤热导率。[结果]4种土地利用类型下,土壤含水率变化范围为12.79%~25.08%,土壤热导率的变化范围为0.481~1.291 W/(m·K);农耕地和裸地采样带相邻点间数据的波动性较大,灌木地和草地采样带相邻点间数据的连续性较好。[结论]农耕地、裸地、草地、灌木地4种土地利用类型中,自然状态下的土壤含水率与热导率表现为正相关性关系。     

有限元模拟土壤孔隙对双针热脉冲法测量比热的影响

双针热脉冲（DPHP）方法是目前用来测量土壤比热(c)、热导率(λ)和温度(T)的重要方法。然而,很多因素均会导致双针热脉冲法测得的λ和c存在误差,如土壤孔隙。本文用有限元法（FEM）对三种不同粒径石英砂的DPHP实验模拟表明：（1）土壤孔隙导致测得的温度空间分布存在显著的各向异性,加热针周围6 mm处不同方向的比热（c）之间相对相差达到了23%;（2）DPHP方法测得的土壤热特性标准差随粒径增大而增大,这与实际实验观察的结果一致;（3）土壤孔隙的存在使得DPHP法测得的土壤比热被高估,本模拟中加热针周围6 mm处c值被高估了约6%。     

对热的不良导体热导率测量中环境影响因素研究

指出了当前大学物理实验课中学生利用稳态法测量不良导体的热导率时对实验环境的选择不够重视。在不同实验环境下进行了此实验,比较实验测量结果,发现实验环境选择不恰当对实验结果影响很大,并指出测量不良导体热导率应在室温较高的密闭室,同时将杜瓦瓶部分放置在温度较低的环境里进行测量精确较高。     

不同成熟期番茄热导率的测定

 采用微热探针法测定了同一品种不同成熟期番茄的热导率变化, 结果表明: 同一品种番茄热导率与其可溶性固形物含量存在着显著线性相关, 而与含水率和密度的相关性不显著。从这一结果可为番茄冷藏保鲜及制冷工业的定量研究参考。