非等温条件下土壤水热耦合迁移数值模拟研究
发布时间：2020-12-05 06:42
我国北方半干旱地区,有极为强烈的季节变换和温度变化。土壤中水分运动和热量传输是一个相互牵制、相互促进、相互影响的耦合过程,水热的有益耦合可以增强土壤肥力,并起到促进作物生长的作用。而田间土壤水分和温度的变化使得土壤水热耦合迁移过程极为复杂,面对这样一个复杂多变量系统,仅仅采用试验研究很难处理其相互作用的机制。本文采用以数值模拟为主,并与理论分析、室内试验、田间试验相结合的方法,研究并建立了非等温条件下一、二、三维土壤水热耦合迁移的数学模型。主要研究成果如下:1)在忽略气体影响,着重考虑温度梯度存在下土壤中热量传输对土壤水分运动的影响、土壤水分运动对土壤热量传输的影响、以及作物根系吸水过程对土壤水分运动和热量传输的影响等因素下,建立了非等温条件下一维垂向土壤水热耦合迁移的数学模型。采用隐式差分格式对所建的数学模型进行离散,对模型进行编译计算机程序,用交叉式大循环法对离散的方程组进行求解。采用土柱栽培法对冬小麦进行种植,并对地面灌溉条件下冬小麦整个生育期根区土壤体积含水率和土壤温度随时空的变化进行测定,利用所测得的数据对所建数学模型进行验证,结果表明:在模拟期间的土柱小麦土壤含水率模拟值的...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
有限差分网格
1.水平土柱；2.温度和水分探头；3.铁板和石棉瓦片；4.红外灯加热装置；5.水平土柱支架图 2-2 水平一维热特性试验装置图Figure 2-2 Horizontal one-dimensional test device of thermal characteristic2.4.3 土壤热导率土壤的导热率表示温度升高或降低 1℃时，单位时间经单位断面通过单位厚度的热量焦耳数，它是土壤中各组分导热率的加权平均值。鉴于土壤热扩散率为土壤导热率与土壤体积热容量的比值，故： ( 本文通过计算公式来获取土壤导热率，之后对土壤的导热率进行经验拟合以供模型使用。
图 3-1 一维隐式差分格式差分网格Figure 3-1 The one dimensional implicit difference sc ( ) ( ) ( ) ( ) 编号，i-1、i、i+1 分别表示前一节点、当点编号，n、n+1 分别表示前一时刻和当前时刻的迭代次数。出的质量守恒方法，若将方程式（3-12）左度。故对方程式（3-12）左边进行处理得：
【参考文献】：
期刊论文
[1]蓄水坑灌法研究进展[J]. 马娟娟,郑利剑,孙西欢,郭向红,李永业. 太原理工大学学报. 2017(03)
[2]土壤水热耦合模型全隐式差分格式及其数值模拟[J]. 奚茜,盛炎平,王爱文. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]蓄水坑灌条件下不同土温对土壤水氮运移规律的影响[J]. 王军,马娟娟,孙西欢,郭向红. 节水灌溉. 2015(08)
[4]不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究[J]. 付强,蒋睿奇,王子龙,李天霄,马梓奡. 农业机械学报. 2015(10)
[5]蓄水坑灌条件下复水对水氮运移规律的影响[J]. 尹燕喆,马娟娟,孙西欢,郭向红. 排灌机械工程学报. 2013(10)
[6]不同覆盖方式下蓄水坑土壤温度日变化特征研究[J]. 张亚琼,孙西欢,郭向红,马娟娟. 节水灌溉. 2013(01)
[7]蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟[J]. 李京玲,马娟娟,孙西欢,李建文,申星,刘秋丽. 农业工程学报. 2012(01)
[8]季节性冻融土壤水分运动规律[J]. 彭振阳,黄介生,曾文治,郭会. 武汉大学学报(工学版). 2011(06)
[9]蓄水坑灌单坑土壤水分运动模型的有限体积法求解[J]. 李京玲,孙西欢,马娟娟,李建文,张文杰. 农业机械学报. 2011(05)
[10]冻结条件下土壤水热耦合迁移的数值模拟[J]. 刘畅,陈晓飞,苑杰,李晓燕. 水电能源科学. 2010(05)
博士论文
[1]覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移试验研究[D]. 李毅.西安理工大学 2002
硕士论文
[1]蓄水坑灌坑深及灌水对矮砧苹果幼树生长影响研究[D]. 李蕊.太原理工大学 2017
[2]蓄水坑灌不同蓄水坑结构型式条件下果园冬季土壤温度分布特征研究[D]. 李俊杰.太原理工大学 2015
[3]蓄水坑灌条件下不同体系温度对水氮运移的影响[D]. 冯晓波.太原理工大学 2014
[4]蓄水坑灌条件下果园土壤氨挥发与氧化亚氮排放的试验研究[D]. 刘浩.太原理工大学 2013
[5]蓄水多坑入渗条件下果园土壤水氮运移规律及氮肥利用率试验研究[D]. 郑霞.太原理工大学 2012
[6]蓄水多坑施灌条件下土壤水氮运移特性试验研究[D]. 申星.太原理工大学 2012
[7]蓄水多坑施肥灌溉土壤水氮分布规律试验研究及数值模拟[D]. 姚颖.太原理工大学 2011
[8]蓄水单坑水肥灌施条件下水氮运移分布规律试验研究[D]. 柴向斌.太原理工大学 2011
[9]蓄水单坑土壤水分运动数值模拟与试验[D]. 郭丈华.太原理工大学 2002
本文编号：2899056
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
有限差分网格
1.水平土柱；2.温度和水分探头；3.铁板和石棉瓦片；4.红外灯加热装置；5.水平土柱支架图 2-2 水平一维热特性试验装置图Figure 2-2 Horizontal one-dimensional test device of thermal characteristic2.4.3 土壤热导率土壤的导热率表示温度升高或降低 1℃时，单位时间经单位断面通过单位厚度的热量焦耳数，它是土壤中各组分导热率的加权平均值。鉴于土壤热扩散率为土壤导热率与土壤体积热容量的比值，故： ( 本文通过计算公式来获取土壤导热率，之后对土壤的导热率进行经验拟合以供模型使用。
图 3-1 一维隐式差分格式差分网格Figure 3-1 The one dimensional implicit difference sc ( ) ( ) ( ) ( ) 编号，i-1、i、i+1 分别表示前一节点、当点编号，n、n+1 分别表示前一时刻和当前时刻的迭代次数。出的质量守恒方法，若将方程式（3-12）左度。故对方程式（3-12）左边进行处理得：
【参考文献】：
期刊论文
[1]蓄水坑灌法研究进展[J]. 马娟娟,郑利剑,孙西欢,郭向红,李永业. 太原理工大学学报. 2017(03)
[2]土壤水热耦合模型全隐式差分格式及其数值模拟[J]. 奚茜,盛炎平,王爱文. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]蓄水坑灌条件下不同土温对土壤水氮运移规律的影响[J]. 王军,马娟娟,孙西欢,郭向红. 节水灌溉. 2015(08)
[4]不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究[J]. 付强,蒋睿奇,王子龙,李天霄,马梓奡. 农业机械学报. 2015(10)
[5]蓄水坑灌条件下复水对水氮运移规律的影响[J]. 尹燕喆,马娟娟,孙西欢,郭向红. 排灌机械工程学报. 2013(10)
[6]不同覆盖方式下蓄水坑土壤温度日变化特征研究[J]. 张亚琼,孙西欢,郭向红,马娟娟. 节水灌溉. 2013(01)
[7]蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟[J]. 李京玲,马娟娟,孙西欢,李建文,申星,刘秋丽. 农业工程学报. 2012(01)
[8]季节性冻融土壤水分运动规律[J]. 彭振阳,黄介生,曾文治,郭会. 武汉大学学报(工学版). 2011(06)
[9]蓄水坑灌单坑土壤水分运动模型的有限体积法求解[J]. 李京玲,孙西欢,马娟娟,李建文,张文杰. 农业机械学报. 2011(05)
[10]冻结条件下土壤水热耦合迁移的数值模拟[J]. 刘畅,陈晓飞,苑杰,李晓燕. 水电能源科学. 2010(05)
博士论文
[1]覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移试验研究[D]. 李毅.西安理工大学 2002
硕士论文
[1]蓄水坑灌坑深及灌水对矮砧苹果幼树生长影响研究[D]. 李蕊.太原理工大学 2017
[2]蓄水坑灌不同蓄水坑结构型式条件下果园冬季土壤温度分布特征研究[D]. 李俊杰.太原理工大学 2015
[3]蓄水坑灌条件下不同体系温度对水氮运移的影响[D]. 冯晓波.太原理工大学 2014
[4]蓄水坑灌条件下果园土壤氨挥发与氧化亚氮排放的试验研究[D]. 刘浩.太原理工大学 2013
[5]蓄水多坑入渗条件下果园土壤水氮运移规律及氮肥利用率试验研究[D]. 郑霞.太原理工大学 2012
[6]蓄水多坑施灌条件下土壤水氮运移特性试验研究[D]. 申星.太原理工大学 2012
[7]蓄水多坑施肥灌溉土壤水氮分布规律试验研究及数值模拟[D]. 姚颖.太原理工大学 2011
[8]蓄水单坑水肥灌施条件下水氮运移分布规律试验研究[D]. 柴向斌.太原理工大学 2011
[9]蓄水单坑土壤水分运动数值模拟与试验[D]. 郭丈华.太原理工大学 2002
本文编号：2899056
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/2899056.html
