高温土壤热-水-盐耦合迁移的模拟与实验研究

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3、2•丿-2?高温土壤热■水■盐耦合迁移的模拟与实验研究摘要本文研究的高温土壤热■水■盐迁移问题包括两种物理模型：i）水平传递模型，迁移过程由温度梯度、湿度梯度和浓度梯度驱动，不受重力影响；ii）竖直蒸发模型，蒸发过程与水蒸气分压力、毛细力、表面张力、粘性力和重力等有关。基

4、于以上模型木文开展了一系列的模拟和实验研究，主要结论如下：模拟结果显示，随着不同含湿状态下蒸发■扩散•冷凝机制逐渐增强，水蒸汽强化扩散（EVD）效应趋于明显，导致温度、湿度和浓度场的剧烈变化，影响程度在20-35%饱和度内达到最大。储热前期，热源附近会出现一定程度的干涸及盐分累积现彖，累积程度与盐分浓度、温度梯度、饱和度等初始条件及土壤质地有关，但EVD是导致其发生的肓接原因。实验表明，蒸发速率随堆积高度和初始浓度呈非线性变化趋势，并与初始饱和度关系密切，因此本文利用微CT扫描技术从孔隙尺度揭示了蒸发速率与饱和度的内在关系。随着土壤水分连续能力逐渐下降，蒸发过程依次经历预

5、热、毛细对流和水蒸汽扩散三个阶段，而由于渗透压升高和盐盖阻碍水汽通道效应，盐分的存在会改变以上规律。Pe数大小反映了盐分迁移中毛细对流与分子扩散作用的相对大小，对定量评价盐分分布非均匀性特征具有重要的参考意义。以上结论不仅可服务于工程实际，更重要的是本研究为深入理解多孔介质内部热质传递特性提供了必要的理论依据和实验支撑。关键词：高温土壤，水汽强化扩散，毛细对流，盐分累积，微CT高温JL壤热•水•盐耦合迁移的模拟与实验研究SIMULATIONANDEXPERIMENTALSTUDYOFCOUPLEDHEAT-MOISTURE-SALTTRANSFERINHIGHTEMPER

6、ATURESOILSABSTRACTTwophysicalmodelswereinvestigatedinthisarticletostudyheat-water-salttransferinhigh-temperaturesoils:i)horizontalmigrationmodel,inwhichmigrationsareinducedbycoupledtemperature,moisture,andconcentrationgradients,unrelatedtogravity;ii)verticalevaporationmodel,whereevaporati

7、onisprimarilydrovedbyvaporpartialpressuredifference,surfacetension,capillary,viscous,andgravityforces.Basedontheabovemodels,thisarticlecarriedoutaseriesofsimulationsandexperiments,andreachedsomeconclusionsasfollowings:SimulativeresultsshowedthattheEnhancedVaporDiffusion(EVD)phenomenontend

8、tobemoreobviouswithmoreintensifiedevaporatiodiffusioncondensingmechanismdifferinginsoilmoisture,leadingtodramaticalvariationsofheat,moistureandconcentration,andthisvariationdegreereachedmostatabout20-35%saturation.Duringtheprophaseofheatstorage,soilnearheatsourcema