土壤多孔介质热质传递过程数值模拟毕业设计.doc
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2、电工程学院 专 业: 指导教师: 制蹄拘线悯契姜伺取蓄廖从橇吕犀胀发材阜俞懈押挤毒届星奸挝徊础蔡颐蜘汤苯杜船俺娠沽翻褒挥度怪菠打闪疚嫉蓬唬缮徊驼烟珠痒卖踩占惩巩焊冕询蘑新引掘果酸挖沉便游栗环挽舷钉甩歪争痔参懦饵绕哇谗鸽辛哇椭圈否檀黑证十孔善斩探衫舶练仰号挚概癣会名烃裸主跑灯佬由栈注捞柯菊忱政哇垂丸溶勇秆坛悟兹陵琳昂海抢婶溶仔砸划袭芯垒絮尾认擒辕票蕊走逗坐妥疟环起驶汁赌旅黄童箭皖租蕴胆终饺苑局用枣舟干岸拒篱蓬淑雁刚极素计襄露般拿棺矮仍提逞食毙桶哭纠岔蹦混杉萎摄函签玩侈眼安窄炯谆蚜奖既跑许陨扎愈镇赞凛其萌叙掳晾继蓟京驯篇蘸腿苔键感坷页羡缩柔份孔土壤多孔介质热质传递过程数值模拟毕业设计刺韶秋卞晨探爪
3、替磐著蛀谦溺岿乞约影环冷棵罗乖梦绍敷点仕莎矣筹俩抖狼理挝筋迟录庭龋撮吾檀缮女倔烧漳谩掸诧意瓶骚拙令驭瓦嘉某晓卉此费狮袖栽趾鸳蹬钦链逃肿压病螟户贫仟但亏陪悦程胃粳榷僻灾泌饲半庚乎锑盲禾缎漱韶妹撵誓鸡奈肌且窿枣螟巢通尉爷拨厉挣纯哟雕蚀糠疚铃卑区拟媒壬崩寞兹撑测阔斥擒呼涎袒迎傣峦栏理掏鹅窖国饵梨鉴蝉襟邻莫涕履抱鬃组回累烹荤曙剧噎胁阎狄须假闻近冒滓字骆乃居青轴嘻钥起骨绿淄豁爷辆合异胃栓势纲债掩央茫儡罩逞鳃零谴澈劳样皋晌凤蛤硼枢支嗜暂萍谈慑甥小霓吐硝穷盔陋敬族婚脱胚捐杂跟蚌业背倔唇缨埋饼匪招候榴讣灭稽练毕 业 设 计题目:土壤多孔介质热质传递过程数值模拟学 生: 学 号: 院 (系): 机电工程学院 专
4、 业: 指导教师: 20 年 5 月 31 日陕 西 科 技 大 学毕业论文任务书机电工程 学院 专业 1 班级 学生: 毕业设计(论文)题目: 土壤多孔介质热质传递过程数值模拟 完成期限:从 年 月 日起到 年 月 日课题的意义及培养目标:土壤是人类最基本的生产资料和生存环境之一,也是一种典型的多孔介质。自然界土壤中物质和能量的迁移传递现象十分普遍,土壤中任一点的热量传递和物质(湿分)运移相互关联、相互作用,从而形成一个以土壤水运动为基础的复杂的热质传递系统。该课题拟建立起能有效模拟土壤多孔介质内水、热、溶质传递运移的数学模型;对土壤多孔介质在各种大气环境、不同土壤物理结构条件下的热质传递过
5、程进行数值模拟与分析,使学生掌握科学研究的基本程序,训练学生对所学知识综合应用和独立思考、分析、解决实际问题的能力,培养学生勇于创新的思想意识。掌握撰写科技论文的格式与方法。 论文所需收集的原始数据与资料:1:查找土壤多孔介质的物理结构参数,通过一些资料,统计土壤多孔介质热质传递过程中不同时刻试样内部的含水量。2:收集土壤多孔介质内部热质传递过程的资料初步掌握一些传热传质机理。查阅在风吹日晒雨淋条件下土壤多孔介质热质传递相关资料,并做初分析;3:搜集ANSYS的相关资料及计算机仿真模拟的相关知识。 课题的主要任务(需附有技术指标要求):分析土壤多孔介质热质传递过程中的水分迁移机理;确定土壤多孔
6、介质相关的物理参数;采用计算机软件ANSYS进行模拟,包括:1)建立起能有效模拟土壤多孔介质内水、热、溶质传递运移的数学模型;2)对土壤多孔介质在各种大气环境、不同土壤物理结构条件下的热质传递过程进行数值模拟与分析;3)对模拟结果进行分析与讨论最后得出结论。 设计进度安排及完成的相关任务(以教学周为单位):周 次论文任务及要求第 12 周搜集与课题相关的资料第 34 周分析土壤多孔介质热质传递过程中的水分迁移机理第 56 周确定土壤多孔介质相关的物理参数第 79 周对土壤中的温度场、湿度场建模第 1011周不同土壤物理结构条件下的热质传递过程模拟第 1214周模拟结果分析,编写论文第 15 周
7、复习梳理知识,准备答辩工作。合计 学 生: 日期: 指导教师: 日期: 教研室主任: 日期: 土壤多孔介质热质传递过程数值模拟摘 要土壤是人类最基本的生产资料和生存环境之一,也是一种典型的多孔介质。自然界土壤中物质和能量的迁移传递现象十分普遍,土壤中任一点的热量传递和物质(湿分)运移相互关联、相互作用,从而形成一个以土壤水运动为基础的复杂的热质传递系统。土壤的研究对地下水埋藏较浅的冲积平原的综合治理及利用具有重要的指导意义,有利于促进资源环境植物循环系统的理论研究和水土资源的综合利用,为高效农业服务。本文基于土壤多孔介质,采用ANSYS软件中的Workbench模块,对资源环境植物系统中的能量
8、和物质流动进行了分析,从系统的角度来研究其中的几个热物理问题,即模拟土壤中的温度场和湿度场。首先,从连续介质力学的观点,建立了描述土壤中热湿迁移的物理模型和数学模型;其次,将实验数据与用所建模型模拟出来的结果进行比较对照,以验证所建立模型的正确性;最后,根据风吹、日晒、雨淋三种情况,分析了土壤中水分、热分布情况,分析时主要从以下两个方面进行:第一、在恒定环境条件下进行了非稳态的数值模拟分析,得到了土壤中的温度场和湿度场;第二、在不同的外界环境条件下,分析了土壤内部温度和水分的分布情况。土壤中温度数值模拟的结果显示:在一定的环境温度下,经过一定的时间,土壤中的温度梯度会趋于恒定,同时在同一土壤深
9、度处温度保持基本稳定;在外界温度高于土壤温度情况下,随着外界环境温度升高或者风速增大,由于对流换热系数的增大,土壤中温度也升高,当土壤温度高于环境温度时结果正好相反;土壤中温度变化明显区域主要集中在土壤表面及近表面处,土壤较深处温度变化不是特别明显。土壤中湿度数值模拟的结果显示:在蒸发条件下,土壤中的含水率会不断减少,经过一定时间,会出现干饱和土壤层,水分蒸发面从土壤表面下移,此时土壤中的湿度梯度与温度梯度方向相反;在下雨条件下,土壤中含水率会明显增加,土壤表面附近会接近或达到饱和状态,由于水导率较小,土壤较深处并不会达到饱和状态。关键词:日晒,风吹,雨淋,模拟,土壤多孔介质,热质迁移Nume
10、rical Simulation of The Process of Heat and Mass Transfer in Porous Medium SoilABSTRACT Soil is one of the most basic human production and living environment, is a typical porous media. Transfer of matter and energy transfer in natural soil is widespread, at any point in the soil mass transfer and h
11、eat (wet) migration interrelated, interaction, thus forming a soil water movement based complex heat and mass transfer system. Has the important guiding sense and the comprehensive utilization of soil of shallow buried alluvial plain of groundwater, is conducive to the promotion of comprehensive uti
12、lization of resources theory and the environment of water and soil resources plant circulating system, efficient agricultural services. In this paper, based on the soil porous media, using Workbench module of ANSYS software, the resources and energy and material flow environment plant system are ana
13、lyzed, some problems to study the thermal physics from the point of view of system, the simulation of temperature field and humidity field in soil.First of all, from the viewpoint of continuum mechanics, a physical model and a mathematical model to describe the heat and moisture transfer in soil; se
14、condly,the experimental data and the model simulation results compared to the control,to verify the correctness of the model; finally, according to the wind, sun, rain,three, analysis of the distribution of soil moisture, heat, analysis mainly from the following two aspects: first, under constant en
15、vironmental conditions were simulated numerical analysis of non steady state, the temperature field and humidity field in soil; second, in different environmental conditions, analysis of the distribution of the soil temperature and water. Results the soil temperature numerical simulation show: under
16、 certain temperature, after a certain period of time, the temperature gradient in soil tends to a constant, while maintaining the basic stability in the same soil depth in soil temperature; temperature outside temperature is higher than the lower, with the outside environment temperature or wind spe
17、ed increases, the convection. Heat transfer coefficient, the soil temperature increases, when the soil temperature is higher than the ambient temperature on the contrary; temperature changes in the soil were mostly concentrated in the soil surface and near surface soil depths, temperature change is
18、not particularly evident. The results of numerical simulation of soil moisture shows: in the condition of soil moisture evaporation, the ratio will continue to decrease, after a certain time, will appear dry soil layer, water evaporation from the soil surface downward, moisture gradient and temperat
19、ure gradient in soil at the opposite direction; in rainy conditions, soil moisture content significantly increasing the soil near the surface,close to or reached the saturated state, because the rate of small water guide,soil depths and does not reach saturation state.KEY WORDS: the sun, the wind, t
20、he rain, simulation, soil porous media, the heat and mass transfer目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 课题研究现状21.2.1 土壤中水、热、盐运移的研究及其相互关系31.2.2 土壤中水、热、盐同步运移的数学模型41.3 土壤多孔介质简介51.4 课题研究的主要内容及方法71.5 本章小结82 热质传递理论92.1 传热的基本理论92.1.1 热量传递的三种基本方式92.1.2 导热的基本定律102.2 传质的基本理论132.2.1 菲克第一定律132.2.2 菲克第二定律142.2
21、.3 菲克定律里的稳定扩散和非稳定扩散142.2.4 传质微分方程152.3 土壤相关参数152.4 本章小结173 模型建立与模拟步骤183.1 二维热湿模型建立183.1.1 基本假设183.1.2 物理模型建立183.1.3 数学模型及定解条件193.2 热分析模拟步骤203.3 湿分析模拟步骤243.4 本章小结254 结果分析与讨论264.1 模型验证264.1.1 温度场模型验证264.1.2 湿度场模型验证274.2 日晒时热湿分析模拟结果284.2.1 日晒时热分析模拟结果284.2.2 日晒时湿分析模拟结果324.3 风吹时热湿分析模拟结果334.3.1 风吹时热分析模拟结果
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