基于随机近似热探针方法的土壤热物性高精度测量系统.pdf

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1、2013年第41卷第8期流体机械63文章编号：1005—0329(2013)08—0063—04基于随机近似热探针方法的土壤热物性高精度测量系统程文龙，马然，宋嘉梁(中国科学技术大学，安徽合肥23002"／)摘要：土壤的热物性参数是地源热泵系统设计和埋地电缆优化设计等研究过程中最基本的参数。本文基于随机近似热探针方法，在充分考虑探针自身参数和接触热阻影响的基础上，建立了土壤的多物性快速测量系统，并对不同含水量的土壤热物性进行了现场测量。研究结果显示，该方法不仅从原理上消除了传统热探针测量热物性的系统误差，实现了热导率、比热容等

2、多参数的同时高精度测量；而且可以大大缩短测量时间，减少传统热探针方法由于测量时间过长所导致的水分迁移所带来的测量误差，从而实现对土壤多热物性参数的高精度快速现场测量。关键词：随机近似方法；热探针；热导率；比热容；土壤中图分类号：TH137．8文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．08．014MeasurementApparatusofSoilThermalPropertiesbyStochasticApproximationThermalProbeMethodwithliighAcc

3、uracyCHENGWen—long，MARan，SONGJia—liang(UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefoi230027，China)Abstract：Thesoilthermophysicalparametersarethemostbasicparametersingroundsourceheatpumpsystemsdesignandburiedcableoptimizationprocess．Arapidhigh-precisionmulti—functiona

4、pparatusformeasuringthethermalpropertiesofsoilbasedonthestochasticapproximationthermalprobemethodinconsiderationoftheefectsoftheprobeheatcapacityandthether-malcontactresistancewassetup，thethermalpropertiesofsoilswithdiferentwatercontentweremeasuredinsitu．Theresearch

5、resultsshowthatsystemicelTOrscausedbytheconventionalthermalprobemethodwouldbeeliminated，andthethermalconduc·tivitiesandthespecificheatcapacitiesofsoilwouldbemeasuredsimultaneouslywithhighaccuracybytheapparatus，moreover，themeasuringtimewouldbereducedobviouslyandtheef

6、ectsofthewatermigrationcausedbytemperaturegradientinthemois—turesoilwouldberestrained．Keywords：stochasticapproximationmethod；thermalprobe；thermalconductivity；specificheatcapacity；soil1前言热物性数据，然而由于土壤构成复杂，通过该方法获得热物性数值的精度较差；另一种是通过实际土壤的热物性参数反映了土壤的能量存储及测量来获得土壤的热物性数据。土壤的实

7、际测量传递过程，是地源热泵设计、埋地电缆优化设计等又可分为取样测量和现场测量这两种形式，取样很多工程设计与研究中的最基本的参数，因此土测量由于受到诸如土壤密度、孔隙率、水饱和度等壤热物性的准确快速测量具有重要工程适用价参数变化的影响，测试结果与实际值相比往往具值n-5]。有一定的偏差，因此对土壤的现场测量在近年来获得土壤热物性的途径主要有2种：一种是获得较大的发展l7_。土壤热物性测量方法主要对深层土壤进行取样，通过判断其成分来获得其有稳态法和瞬态法：稳态法一般需要较长测量时收稿日期：2013—01—28基金项目：国家自然科学

8、基金资助项目(51176182)FLUIDMACHINERY·Vo1．41．No．8．2013间，并且在对土壤进行长时间加热过程中，土壤中热微分方程可以得出探针壁面温度的解析解[9I：的水分在温度梯度的作用下可能会发生迁移，从，1一exp(一u)而给测量带来误差；而瞬态法由于