Поиск

Аналитический метод определения температуропроводности почвы
13.03.2013

Альтернативой лабораторным методам может служить расчетное определение температуропроводности почвы с использованием полевых данных о динамике температуры в пределах почвенного профиля. Приведем два способа расчетов: первый основан на использовании аналитического решения уравнения теплопроводности для периодического верхнего краевого условия (Тихонов, Самарский, 1966); второй сводится к численному решению обратной задачи теплопроводности и не требует каких-либо ограничений для условий на поверхности.
Метод основан на использовании первого закона Фурье (XIII. 1), описывающего затухание амплитуды колебаний температуры почвы с глубиной. Пусть на поверхности почвы установились гармонические колебания температуры с периодом т и амплитудой А0. Тогда на глубинах z1 и z2 тоже наблюдаются колебания температуры почвы с тем же периодом и амплитудами Аz1 и Аz1 соответственно:

Аналитический метод определения температуропроводности почвы (часть 1)

Из отношения амплитуд колебаний температуры на двух глубинах можно по формуле (XIII.28) определить глубину затухания he, а зная he, по формуле (XIII.29) рассчитать температуропроводность к.
При выводе расчетных формул использовались предположения о постоянстве коэффициента температуропроводности в пределах почвенного профиля и во времени, а также о строго гармонической синусоидальной форме колебаний температуры на поверхности. Предположение о синусоидальной форме колебаний можно заменить условием периодичности и, используя разложение Фурье верхнего краевого условия, свести задачу к задаче о распространении гармонической волны. Предположение об однородности тепловых свойств в пределах профиля и их постоянстве во времени (означающее, в том числе постоянство влажности почвы) является весьма грубым и может приводить к возникновению ошибок определения температуропроводности при использовании данного метода. Методика определения.
Измерения температуры почвы проводят в соответствии с методикой проведения режимных наблюдений. Устанавливают стационарные электротермометры на верхней и нижней границах слоя, температуропроводность которого требуется определить. Если выбранный слой находится в пределах слоя суточных колебаний температуры, измерения температуры почвы на верхней и нижней границах проводят в течение суток ежечасно. Если выбранный слой находится глубже 50 см, измерения проводят в течение года раз в две недели. После измерений из выделенного слоя отбирают пробы почвы и определяют ее влажность.
Расчеты. По полевым данным о затухании волны с глубиной рассчитывают величину коэффициента температуропроводности почвы при влажности, наблюдаемой во время измерений. Для верхней и нижней границ выделенного почвенного слоя определяют максимальное и минимальное значения температуры за время измерений: Тz1min, Tz1max, Tz2min, Tz2max. Рассчитывают амплитуды колебаний температуры на границах слоя:
Аналитический метод определения температуропроводности почвы (часть 2)

Зная глубины установки термометров z1и z2 и амплитуды колебания температуры почвы на этих глубинах Аz1 и Az2, по формуле (XIII.28) рассчитывают глубину затухания he. Рассчитывают величину температуропроводности к по формуле (XIII.29), подставляя длину периода τ = 24 ч для суточных и 365 сут для годовых колебаний.
Пример 6.
В табл. XIII.4 приведены результаты измерений температуры серой лесной почвы в течение суток. Оценить величину температуропроводности почвы. Влажность почвы на глубинах 5-25 см - 0.21 г/г.
Решение. Рассчитаем температуропроводность почвы в слое 15-20 см.
z1 = 15 см; z2=20 см.
Найдем в табл. XIII.4 максимальные и минимальные значения температуры на глубинах 15 и 20 см.
Аналитический метод определения температуропроводности почвы (часть 2)
Аналитический метод определения температуропроводности почвы (часть 2)


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *