冻土导热系数模型和热参数非线性对温度场的影响研究
发布时间：2023-05-28 11:23
为了指导人工冻结法施工和寒区工程建设,确保工程的安全运行,必须研究冻土的温度场、水分场和应力场。温度场的确定是进行水分迁移和应力分布界定的基础,因此,对冻土温度场和影响冻土温度场的热参数进行研究具有重要的理论意义和工程价值。本文基于理论分析,依据理想颗粒堆积模式建立了冻土导热系数的几何模型,揭示了冻土导热系数的演变规律。在此基础上,提出了确定冻土导热系数的理论方法。同时,界定了未冻水与冻土导热系数之间的关系,提出了基于未冻水含量的冻土温度场计算用热参数缩减方法。研究了热传导方程和温度场计算参数的非线性问题,揭示了热参数选取对温度场计算的影响。主要研究方法和研究内容如下。基于建立的紧密排列土柱模型,对冻土导热系数、比热和潜热随不同负温的变化规律进行了研究。建立了冻结核在球形颗粒之间的几何中心产生并呈同心球向外扩展的聚合几何模型,从饱和冻土组成和球形颗粒接触的角度出发,提出了冻土导热系数的混合流计算方法。依据提出的最紧密排列土柱几何模型,考虑实际冻土中三相组成的含量随温度变化而不断变化的事实,给出了随温度变化的水柱和冰柱体积计算与演变规律。在此基础上,基于Wiener并联导热系数模型,考虑...
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 冻土导热系数的研究现状分析
1.2.1 冻土导热系数测试方法
1.2.2 冻土导热系数计算模型
1.2.3 冻土导热系数的影响因素
1.3 冻土温度场的研究现状分析
1.3.1 土体温度场的调查和试验研究
1.3.2 基于热传导方程的冻土温度场计算
1.3.3 冻土热参数测试和计算现状分析
1.4 研究中存在的问题
1.4.1 冻土导热系数研究中存在的问题
1.4.2 冻土热参数和温度场研究中存在的问题
1.5 研究内容及技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
1.5.3 论文组织结构
1.6 本章小结
第二章 基于紧密排列土柱模型的冻土热参数研究
2.1 土体几何模型
2.1.1 土柱模型假设
2.1.2 初始阶段冻土中各相比例的计算
2.1.3 接触阶段冻土中各相比例的计算
2.2 热参数计算模型的建立
2.2.1 计算比例确定
2.2.2 热参数确定
2.3 不同负温下的热参数确定与计算
2.4 冻结试验及温度场数值计算
2.4.1 冻结试验
2.4.2 温度场数值计算
2.5 结果对比分析
2.6 本章小结
第三章 基于球体聚合模型的冻土导热系数研究
3.1 正交热传导几何模型
3.1.1 初始冻结阶段导热比例计算
3.1.2 接触阶段导热比例计算
3.1.3 几何模型计算比例的确定
3.2 计算模型建立
3.2.1 Johansen经验模型
3.2.2 Wiener理论模型
3.2.3 混合流计算模型的建立
3.3 修正的正交热传导几何模型
3.4 试验验证和分析
3.5 本章小结
第四章 考虑固-液界面影响的冻土导热系数模型研究
4.1 冻土导热系数经验模型
4.2 考虑固-液界面的冻土导热系数模型
4.3 冻土导热系数和冻结温度测试
4.4 模型有效性分析
4.4.1 Johansen法分析
4.4.2 Wiener平行流法分析
4.4.3 考虑固-液界面方法的理论计算
4.4.4 实验数据对比分析
4.5 本章小结
第五章 热参数对冻土温度场的影响及敏感性分析
5.1 冻土温度场计算方法
5.2 冻土热参数测试试验及修正
5.2.1 冻土的热参数测试
5.2.2 基于Johansen法的热参数修正
5.3 温度场数值计算及冻结试验
5.3.1 温度场数值计算设计
5.3.2 温度场冻结试验
5.4 结果对比分析
5.4.1 模拟值交互分析
5.4.2 模拟值与实测值对比分析
5.5 本章小结
第六章 基于未冻水含量确定的热参数对温度场的影响分析
6.1 冻土热参数和未冻水含量测试
6.1.1 导热系数测试
6.1.2 比热容测试
6.1.3 未冻水含量测试
6.2 基于未冻水含量的冻土热参数计算
6.2.1 基于导热系数反演未冻水含量
6.2.2 比热反演未冻水含量
6.2.3 未冻水实测值与计算值对比
6.3 土体温度场冻结试验与数值计算
6.3.1 土体温度场冻结试验
6.3.2 冻土温度场数值计算
6.4 结果分析
6.5 本章小结
第七章 潜热释放区间假设对冻土温度场的影响分析
7.1 不同潜热释放区间的温度场计算
7.2 潜热影响下的温度场分析
7.3 基于面积平衡法的潜热总量计算
7.3.1 关于未冻水和潜热的讨论
7.3.2 面积平衡法在潜热区间假设中的应用
7.4 冻土潜热转化为比热的方法
7.5 冻土热传导过程的非线性讨论
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3824493
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 冻土导热系数的研究现状分析
1.2.1 冻土导热系数测试方法
1.2.2 冻土导热系数计算模型
1.2.3 冻土导热系数的影响因素
1.3 冻土温度场的研究现状分析
1.3.1 土体温度场的调查和试验研究
1.3.2 基于热传导方程的冻土温度场计算
1.3.3 冻土热参数测试和计算现状分析
1.4 研究中存在的问题
1.4.1 冻土导热系数研究中存在的问题
1.4.2 冻土热参数和温度场研究中存在的问题
1.5 研究内容及技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
1.5.3 论文组织结构
1.6 本章小结
第二章 基于紧密排列土柱模型的冻土热参数研究
2.1 土体几何模型
2.1.1 土柱模型假设
2.1.2 初始阶段冻土中各相比例的计算
2.1.3 接触阶段冻土中各相比例的计算
2.2 热参数计算模型的建立
2.2.1 计算比例确定
2.2.2 热参数确定
2.3 不同负温下的热参数确定与计算
2.4 冻结试验及温度场数值计算
2.4.1 冻结试验
2.4.2 温度场数值计算
2.5 结果对比分析
2.6 本章小结
第三章 基于球体聚合模型的冻土导热系数研究
3.1 正交热传导几何模型
3.1.1 初始冻结阶段导热比例计算
3.1.2 接触阶段导热比例计算
3.1.3 几何模型计算比例的确定
3.2 计算模型建立
3.2.1 Johansen经验模型
3.2.2 Wiener理论模型
3.2.3 混合流计算模型的建立
3.3 修正的正交热传导几何模型
3.4 试验验证和分析
3.5 本章小结
第四章 考虑固-液界面影响的冻土导热系数模型研究
4.1 冻土导热系数经验模型
4.2 考虑固-液界面的冻土导热系数模型
4.3 冻土导热系数和冻结温度测试
4.4 模型有效性分析
4.4.1 Johansen法分析
4.4.2 Wiener平行流法分析
4.4.3 考虑固-液界面方法的理论计算
4.4.4 实验数据对比分析
4.5 本章小结
第五章 热参数对冻土温度场的影响及敏感性分析
5.1 冻土温度场计算方法
5.2 冻土热参数测试试验及修正
5.2.1 冻土的热参数测试
5.2.2 基于Johansen法的热参数修正
5.3 温度场数值计算及冻结试验
5.3.1 温度场数值计算设计
5.3.2 温度场冻结试验
5.4 结果对比分析
5.4.1 模拟值交互分析
5.4.2 模拟值与实测值对比分析
5.5 本章小结
第六章 基于未冻水含量确定的热参数对温度场的影响分析
6.1 冻土热参数和未冻水含量测试
6.1.1 导热系数测试
6.1.2 比热容测试
6.1.3 未冻水含量测试
6.2 基于未冻水含量的冻土热参数计算
6.2.1 基于导热系数反演未冻水含量
6.2.2 比热反演未冻水含量
6.2.3 未冻水实测值与计算值对比
6.3 土体温度场冻结试验与数值计算
6.3.1 土体温度场冻结试验
6.3.2 冻土温度场数值计算
6.4 结果分析
6.5 本章小结
第七章 潜热释放区间假设对冻土温度场的影响分析
7.1 不同潜热释放区间的温度场计算
7.2 潜热影响下的温度场分析
7.3 基于面积平衡法的潜热总量计算
7.3.1 关于未冻水和潜热的讨论
7.3.2 面积平衡法在潜热区间假设中的应用
7.4 冻土潜热转化为比热的方法
7.5 冻土热传导过程的非线性讨论
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3824493
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