非等溫條件下土壤水熱耦合遷移數(shù)值模擬研究
發(fā)布時間：2020-12-05 06:42
我國北方半干旱地區(qū),有極為強烈的季節(jié)變換和溫度變化。土壤中水分運動和熱量傳輸是一個相互牽制、相互促進、相互影響的耦合過程,水熱的有益耦合可以增強土壤肥力,并起到促進作物生長的作用。而田間土壤水分和溫度的變化使得土壤水熱耦合遷移過程極為復(fù)雜,面對這樣一個復(fù)雜多變量系統(tǒng),僅僅采用試驗研究很難處理其相互作用的機制。本文采用以數(shù)值模擬為主,并與理論分析、室內(nèi)試驗、田間試驗相結(jié)合的方法,研究并建立了非等溫條件下一、二、三維土壤水熱耦合遷移的數(shù)學(xué)模型。主要研究成果如下:1)在忽略氣體影響,著重考慮溫度梯度存在下土壤中熱量傳輸對土壤水分運動的影響、土壤水分運動對土壤熱量傳輸?shù)挠绊憽⒁约白魑锔滴^程對土壤水分運動和熱量傳輸?shù)挠绊懙纫蛩叵?建立了非等溫條件下一維垂向土壤水熱耦合遷移的數(shù)學(xué)模型。采用隱式差分格式對所建的數(shù)學(xué)模型進行離散,對模型進行編譯計算機程序,用交叉式大循環(huán)法對離散的方程組進行求解。采用土柱栽培法對冬小麥進行種植,并對地面灌溉條件下冬小麥整個生育期根區(qū)土壤體積含水率和土壤溫度隨時空的變化進行測定,利用所測得的數(shù)據(jù)對所建數(shù)學(xué)模型進行驗證,結(jié)果表明:在模擬期間的土柱小麥土壤含水率模擬值的...
【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：156 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
有限差分網(wǎng)格
1.水平土柱；2.溫度和水分探頭；3.鐵板和石棉瓦片；4.紅外燈加熱裝置；5.水平土柱支架圖 2-2 水平一維熱特性試驗裝置圖Figure 2-2 Horizontal one-dimensional test device of thermal characteristic2.4.3 土壤熱導(dǎo)率土壤的導(dǎo)熱率表示溫度升高或降低 1℃時，單位時間經(jīng)單位斷面通過單位厚度的熱量焦耳數(shù)，它是土壤中各組分導(dǎo)熱率的加權(quán)平均值。鑒于土壤熱擴散率為土壤導(dǎo)熱率與土壤體積熱容量的比值，故： ( 本文通過計算公式來獲取土壤導(dǎo)熱率，之后對土壤的導(dǎo)熱率進行經(jīng)驗擬合以供模型使用。
圖 3-1 一維隱式差分格式差分網(wǎng)格Figure 3-1 The one dimensional implicit difference sc ( ) ( ) ( ) ( ) 編號，i-1、i、i+1 分別表示前一節(jié)點、當(dāng)點編號，n、n+1 分別表示前一時刻和當(dāng)前時刻的迭代次數(shù)。出的質(zhì)量守恒方法，若將方程式（3-12）左度。故對方程式（3-12）左邊進行處理得：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]蓄水坑灌法研究進展[J]. 馬娟娟,鄭利劍,孫西歡,郭向紅,李永業(yè). 太原理工大學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[2]土壤水熱耦合模型全隱式差分格式及其數(shù)值模擬[J]. 奚茜,盛炎平,王愛文. 北京信息科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(01)
[3]蓄水坑灌條件下不同土溫對土壤水氮運移規(guī)律的影響[J]. 王軍,馬娟娟,孫西歡,郭向紅. 節(jié)水灌溉. 2015(08)
[4]不同積雪覆蓋條件下凍融土壤水分運動規(guī)律研究[J]. 付強,蔣睿奇,王子龍,李天霄,馬梓奡. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(10)
[5]蓄水坑灌條件下復(fù)水對水氮運移規(guī)律的影響[J]. 尹燕喆,馬娟娟,孫西歡,郭向紅. 排灌機械工程學(xué)報. 2013(10)
[6]不同覆蓋方式下蓄水坑土壤溫度日變化特征研究[J]. 張亞瓊,孫西歡,郭向紅,馬娟娟. 節(jié)水灌溉. 2013(01)
[7]蓄水坑灌單坑土壤氮素遷移轉(zhuǎn)化的數(shù)值模擬[J]. 李京玲,馬娟娟,孫西歡,李建文,申星,劉秋麗. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2012(01)
[8]季節(jié)性凍融土壤水分運動規(guī)律[J]. 彭振陽,黃介生,曾文治,郭會. 武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2011(06)
[9]蓄水坑灌單坑土壤水分運動模型的有限體積法求解[J]. 李京玲,孫西歡,馬娟娟,李建文,張文杰. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2011(05)
[10]凍結(jié)條件下土壤水熱耦合遷移的數(shù)值模擬[J]. 劉暢,陳曉飛,苑杰,李曉燕. 水電能源科學(xué). 2010(05)
博士論文
[1]覆膜條件下土壤水、鹽、熱耦合遷移試驗研究[D]. 李毅.西安理工大學(xué) 2002
碩士論文
[1]蓄水坑灌坑深及灌水對矮砧蘋果幼樹生長影響研究[D]. 李蕊.太原理工大學(xué) 2017
[2]蓄水坑灌不同蓄水坑結(jié)構(gòu)型式條件下果園冬季土壤溫度分布特征研究[D]. 李俊杰.太原理工大學(xué) 2015
[3]蓄水坑灌條件下不同體系溫度對水氮運移的影響[D]. 馮曉波.太原理工大學(xué) 2014
[4]蓄水坑灌條件下果園土壤氨揮發(fā)與氧化亞氮排放的試驗研究[D]. 劉浩.太原理工大學(xué) 2013
[5]蓄水多坑入滲條件下果園土壤水氮運移規(guī)律及氮肥利用率試驗研究[D]. 鄭霞.太原理工大學(xué) 2012
[6]蓄水多坑施灌條件下土壤水氮運移特性試驗研究[D]. 申星.太原理工大學(xué) 2012
[7]蓄水多坑施肥灌溉土壤水氮分布規(guī)律試驗研究及數(shù)值模擬[D]. 姚穎.太原理工大學(xué) 2011
[8]蓄水單坑水肥灌施條件下水氮運移分布規(guī)律試驗研究[D]. 柴向斌.太原理工大學(xué) 2011
[9]蓄水單坑土壤水分運動數(shù)值模擬與試驗[D]. 郭丈華.太原理工大學(xué) 2002
本文編號：2899056
【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：156 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
有限差分網(wǎng)格
1.水平土柱；2.溫度和水分探頭；3.鐵板和石棉瓦片；4.紅外燈加熱裝置；5.水平土柱支架圖 2-2 水平一維熱特性試驗裝置圖Figure 2-2 Horizontal one-dimensional test device of thermal characteristic2.4.3 土壤熱導(dǎo)率土壤的導(dǎo)熱率表示溫度升高或降低 1℃時，單位時間經(jīng)單位斷面通過單位厚度的熱量焦耳數(shù)，它是土壤中各組分導(dǎo)熱率的加權(quán)平均值。鑒于土壤熱擴散率為土壤導(dǎo)熱率與土壤體積熱容量的比值，故： ( 本文通過計算公式來獲取土壤導(dǎo)熱率，之后對土壤的導(dǎo)熱率進行經(jīng)驗擬合以供模型使用。
圖 3-1 一維隱式差分格式差分網(wǎng)格Figure 3-1 The one dimensional implicit difference sc ( ) ( ) ( ) ( ) 編號，i-1、i、i+1 分別表示前一節(jié)點、當(dāng)點編號，n、n+1 分別表示前一時刻和當(dāng)前時刻的迭代次數(shù)。出的質(zhì)量守恒方法，若將方程式（3-12）左度。故對方程式（3-12）左邊進行處理得：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]蓄水坑灌法研究進展[J]. 馬娟娟,鄭利劍,孫西歡,郭向紅,李永業(yè). 太原理工大學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[2]土壤水熱耦合模型全隱式差分格式及其數(shù)值模擬[J]. 奚茜,盛炎平,王愛文. 北京信息科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(01)
[3]蓄水坑灌條件下不同土溫對土壤水氮運移規(guī)律的影響[J]. 王軍,馬娟娟,孫西歡,郭向紅. 節(jié)水灌溉. 2015(08)
[4]不同積雪覆蓋條件下凍融土壤水分運動規(guī)律研究[J]. 付強,蔣睿奇,王子龍,李天霄,馬梓奡. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(10)
[5]蓄水坑灌條件下復(fù)水對水氮運移規(guī)律的影響[J]. 尹燕喆,馬娟娟,孫西歡,郭向紅. 排灌機械工程學(xué)報. 2013(10)
[6]不同覆蓋方式下蓄水坑土壤溫度日變化特征研究[J]. 張亞瓊,孫西歡,郭向紅,馬娟娟. 節(jié)水灌溉. 2013(01)
[7]蓄水坑灌單坑土壤氮素遷移轉(zhuǎn)化的數(shù)值模擬[J]. 李京玲,馬娟娟,孫西歡,李建文,申星,劉秋麗. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2012(01)
[8]季節(jié)性凍融土壤水分運動規(guī)律[J]. 彭振陽,黃介生,曾文治,郭會. 武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2011(06)
[9]蓄水坑灌單坑土壤水分運動模型的有限體積法求解[J]. 李京玲,孫西歡,馬娟娟,李建文,張文杰. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2011(05)
[10]凍結(jié)條件下土壤水熱耦合遷移的數(shù)值模擬[J]. 劉暢,陳曉飛,苑杰,李曉燕. 水電能源科學(xué). 2010(05)
博士論文
[1]覆膜條件下土壤水、鹽、熱耦合遷移試驗研究[D]. 李毅.西安理工大學(xué) 2002
碩士論文
[1]蓄水坑灌坑深及灌水對矮砧蘋果幼樹生長影響研究[D]. 李蕊.太原理工大學(xué) 2017
[2]蓄水坑灌不同蓄水坑結(jié)構(gòu)型式條件下果園冬季土壤溫度分布特征研究[D]. 李俊杰.太原理工大學(xué) 2015
[3]蓄水坑灌條件下不同體系溫度對水氮運移的影響[D]. 馮曉波.太原理工大學(xué) 2014
[4]蓄水坑灌條件下果園土壤氨揮發(fā)與氧化亞氮排放的試驗研究[D]. 劉浩.太原理工大學(xué) 2013
[5]蓄水多坑入滲條件下果園土壤水氮運移規(guī)律及氮肥利用率試驗研究[D]. 鄭霞.太原理工大學(xué) 2012
[6]蓄水多坑施灌條件下土壤水氮運移特性試驗研究[D]. 申星.太原理工大學(xué) 2012
[7]蓄水多坑施肥灌溉土壤水氮分布規(guī)律試驗研究及數(shù)值模擬[D]. 姚穎.太原理工大學(xué) 2011
[8]蓄水單坑水肥灌施條件下水氮運移分布規(guī)律試驗研究[D]. 柴向斌.太原理工大學(xué) 2011
[9]蓄水單坑土壤水分運動數(shù)值模擬與試驗[D]. 郭丈華.太原理工大學(xué) 2002
本文編號：2899056
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