不同环境条件下土壤温度日变化的计算模拟.pdf

第24 卷　第3 期 太　阳　能　学　报 Vol.24, No.2 2002 年4 月 　　　　　　　　　　　　　 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA 　　　　　　　　　　　　　 A r., 2003 文章 号:0254-0096(2003)02-0167-05 不同环境条件下土壤温度日变化的计算模拟 范爱武,刘　伟, 王崇琦 (华中科技大学能源与动力工程学院, 武汉 430074) 摘　要:应用多孔介质中传热传质的数学模型, 对夏天和冬天, 环境风速分别为 4m/s 和1m/s 以及环境相对湿度分别为 35%和85%这3 种情况下高为500mm, 半径为250mm 的圆柱土壤床中温度的日变化进行了比较。 根据数值模拟的结 果绘出土壤中不同深度处温度的日变化曲线表明:(1)土壤中各点的温度随气温和土壤表面获得的辐射能的周期性变 化而呈周期性变化;(2)随着深度的增加, 土壤温度受气温和太阳辐射的影响变小, 温度变化的滞后效应越来越明显; (3)在夏天, 一天的大部分时间土壤表层的温度高于深层的温度, 冬天则恰恰相反;(4)风速对土壤表层的温度影响较 大。 风速越大, 土壤温度降低得越多;(5)干燥气候下, 由于土壤水分的蒸发制冷作用, 一天中土壤各点的温度低于湿润 气候下相应各点的温度, 土壤表层尤为明显。 关键词:土壤温度;日变化;数学模型; 中图分类号:TK124 　　　　文献标识码:A 本文通过数值模拟的方法, 对 3 种不同环境条件下 0 　引　言 高为500mm, 半径为250mm 的圆柱土壤床中砂土 温度是土壤肥力的重要因素。地表土壤的热量 温度的昼夜变化作了一个比较。圆柱土壤床如图1 主要来自太阳辐射能。到达地面的太阳辐射能中有 所示。 30%～45%反射至大气中或是通过热辐射而损失 [1] 1 　土壤中热、湿、气迁移的数学模型 掉 。每平方米土壤表面接收的净辐射在白天能达 [2] 到数百瓦, 夜间达负的数十瓦 。随着地面受太阳 土壤是一种典型的多孔介质, 它包含固体骨架、 辐射情况的变化, 土壤对太阳辐射能的吸收和损失 土壤溶液以及各种气体。本文作者在对多孔介质的 情况也不同。 因而, 土温有昼夜和季节的变化。土 研究过程中, 分析了Philli [3] 与De Vries[4] 提出的 温日变幅的大小主要取决于太阳辐射水平和气温的 土壤水、热耦合运移的双场驱动模型, 结合Whitak- 日变化以及土壤的热物理性质, 并受地面和大气间 er[ 5] 的体积平均法, 建立了描述多孔介质热、湿、气 热量交换的影响。 耦合迁移的多种驱动机制的二维非定常数学模型, 并将其应用于对土壤中热、湿、气传输过程的研 [6, 7] 究 。研究表明, 用该模型来描述土壤中热、湿、 [8] 气迁移的准确度较高 。以矢量形式表述的数学模 型如下: 1)连续性方程