多针热脉冲技术测定土壤热导率误差分析.pdfVIP

第 26 卷第6 期 农业工程学报 Vo l.26 No.6 20 2010 年 6 月 Transactions ofthe CSAE Jun.20 1O 多针热脉冲技术测定土壤热导率误差分析 陆森1 ，任图生 1 ※，杨泱 1 ，孙世友2 ，巨兆强 3 (1.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193; 2. 河北省农林科学院农业资源环境研究所，石家庄 050051; 3. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，石家庄 050021 ) 摘 要z 土壤热导率是研究土壤热传输、水热稿合运移的基本物理参数。为了探知多针热脉冲技术的误差，该研究以能 够准确测定热导率的单针法作为参比，在4 种质地土壤上，对多针热脉冲技术在不同体积质量、含水率和气压条件下测 定的热导率进行了分析。结果表明，多针热脉冲技术的热导率结果与单针法总体符合较好，其热导率测定值的平均误差 为 0.074 W/(mK)。干土热导率随气压增大呈现对数增长，这是由于气体分子平均自由程下降的原因。多针热脉冲技术的 测定误差主要出现在中等含水率区域，关键问题是加热针的温度升高偏大，促进了水汽潜热传输。另外，土壤与探针之 间的热接触阻力、探针导致的土壤体积质量改变、温度梯度引起的液水流也影响测定结果的准确性。该研究可为农业水 土工程中的土壤热导率模拟提供依据。 关键词z 土壤，热导率，热传递，单针法，多针热脉冲技术 doi: 1O.3969/j.issn. 1002-68 19.2010.06.004 中图分类号: S152.8 文献标识码:A 文章编号: 1002-6819(2010)-06-0020-06 陆 森，任固生，杨泱，等.多针热脉冲技术测定土攘热导率误差分析[J]. 农业工程学报， 2010 , 26 (6): 20-25. Lu Sen, Ren Tusheng, Yang Yang, et al. Error analysis of multi-ne叫le heat pulse probe for soil thermal conductivity measurement[J]. Transactions ofthe CSAE, 2010 , 26(6): 20-25. (in Chinese with English abstract) 可以同时获取热导率、热容量和热扩散系数3 个热特性， 0 号 l 言 并可进一步利用测定的热容量获取土壤含水率和体积质 量等参数，在国外已经得到了大量应用[13-15] 。然而，由 土壤热参数反映着土壤的能量状态以及传递、存储 热量的能力，是农田水热运动模拟、地温预测的基础[1哟， 于探针间距在测定过程中容易发生变化，该方法的准确 性受到了不少学者的关注。 Kluitenberg 等 [13]对此进行了 在管道埋设、电缆周围的温度场模拟上也有着广泛的应 理论分析，认为探针问距的不确定性是多针法测定热容 用[7]。士壤热特性包括热导率、热容量和热扩散系数 3 个 量和热扩散系数的主要误差来源，但间距变化对热导率 参数。其中，热导率反映土壤传输热量能力的大小，一 直以来都是研究的热点[7-10]. 的结果没有影响。 Bristow 等[16] 和 Abu-Hamdeh[1 7] 曾分别利用单针和多 士壤热导率测定技术一般包括稳态法