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非饱和黄土温度场的数值分析

作　者: 刘自成
导　师: 王铁行
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 岩土工程
关键词: 非饱和黄土温度场有限单元法导热系数比热容
分类号: TU444
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 113次
引　用: 3次
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内容摘要

在国内外有关非饱和土温度场研究的基础上,结合黄土高原的气候特征,给出了考虑辐射、蒸发、风速等边界条件的温度场有限元方程,进一步分析了黄土热参数(导热系数和比热容)与含水量的关系。分别对不同密实度、不同初始含水量的土样进行试验,得到了不同密实度、不同初始含水量的土样的热参数,应用最小二乘法的原理对实验所得的数据进行拟合,得出确定热参数的拟合公式;通过对实验数据的分析得出:在同一含水量的情况下导热系数随着干密度的增大逐渐的增大,在同一干密度的情况下,土样的导热系数随着含水量的增加开始增加较快,当含水量达到一定的值后,导热系数随着含水量的增大增长则较慢;同时,含水量对导热系数的影响明显要比干密度对导热系数的影响大。对于比热容,同一含水量情况下,土样的比热容随着干密度的增大减小;同一干密度情况下,土样的比热容随着含水量的增大增长较慢,并且干密度对比热容的影响要比含水量对比热容的影响程度大。最后运用提出的热参数拟合计算公式和所得出的计算模型参数对实际边界裸土场地温度场进行实例计算分析,得出的计算结果与实测资料比较一致,从而实现了非饱和黄土温度场有限元计算中能够如实地考虑各种外部因素。并且进一步得出一个月各深度处白天、黑天、月平均温度和同一深度处黑天、白天、月平均温度年变化规律以及黄土地区的常温层,进一步推导出各深度温度变动幅度和各月份的温度变动幅度的拟合公式。

全文目录

1 绪论  7-12
  1.1 黄土的分布及其特点  7-8
    1.1.1 黄土的分布  7
    1.1.2 黄土的成因和主要特性  7-8
  1.2 土体温度场的研究意义和研究现状  8-11
    1.2.1 土体温度场的研究意义  8-9
    1.2.2 土体温度场的研究现状  9-11
    1.2.3 目前土体温度场的研究的不足  11
  1.3 主要研究的内容及方法  11-12
2 非饱和黄土温度场的数值模型与分析  12-30
  2.1 平面温度场变分方程的推导  12-13
  2.2 边界条件和初始条件  13-15
    2.2.1 第一类边界条件  13-14
    2.2.2 第二类边界条件  14
    2.2.3 第三类边界条件  14
    2.2.4 初始条件  14-15
  2.3 平面温度场有限元分析过程  15-25
    2.3.1 区域离散  15-16
    2.3.2 单元分析  16-24
    2.3.3 整体分析  24-25
    2.3.4 数值求解  25
  2.4 伴有相变平面温度场的控制方程  25-26
  2.5 各种自然条件的模拟  26-30
    2.5.1 辐射条件的模拟  26-28
    2.5.2 对流换热边界  28
    2.5.3 蒸发耗热边界  28-30
3 非饱和黄土温度场数值模型参数的确定  30-49
  3.1 概述  30-31
  3.2 试验样品的制备  31-34
    3.2.1 试验方法  31
    3.2.2 试验目的  31
    3.2.3 实验仪器  31-33
    3.2.4 实验步骤  33-34
  3.3 试验样品的导热系数和比热容实验  34-39
    3.3.1 试验方法  34-35
    3.3.2 试验原理  35-37
    3.3.3 实验装置  37-38
    3.3.4 实验步骤  38-39
    3.3.5 数据处理  39
  3.4 实验结果的分析处理及模型参数的确定  39-49
    3.4.1 热参数实验结果的分析  39-42
    3.4.2 拟合公式及参数的确定  42-49
4 算例及其模型计算结果分析  49-69
  4.1 计算模型的建立  49
  4.2 定解条件的选取  49-53
    4.2.1 上边界条件  49-53
    4.2.2 左右边界和下边界  53
    4.2.3 初始条件  53
  4.3 求解  53-54
  4.4 计算结果及其分析  54-69
    4.4.1 计算出的地表温度  54-55
    4.4.2 一个月各深度处白天、黑天、月平均温度  55-62
    4.4.3 各个深度月平均温度年变化  62-65
    4.4.4 计算温度与实测温度的比较  65-66
    4.4.5 两个温度变幅公式  66-69
5 结论和进一步工作的建议  69-71
  5.1 主要结论  69-70
  5.2 进一步研究展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74

非饱和黄土温度场的数值分析

内容摘要

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