【摘 要】
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森林土壤温差发电系统利用土壤地热能进行发电,在未来拥有广泛的应用前景。当前,土壤温差发电系统的热电转换效率较低,所以需要获取森林土壤在深度方向上的温度梯度,对温差发电系统进行优化。本文以森林土壤的热传递为研究对象,通过对土壤传热性质的研究,建立了用以研究土壤传热的材料模型,根据此材料模型建立了土壤稳态和非稳态传热模型,并通过土壤热源分布实验对本文的土壤传热模型进行了验证。对森林土壤的热物性影响因素
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森林土壤温差发电系统利用土壤地热能进行发电,在未来拥有广泛的应用前景。当前,土壤温差发电系统的热电转换效率较低,所以需要获取森林土壤在深度方向上的温度梯度,对温差发电系统进行优化。本文以森林土壤的热传递为研究对象,通过对土壤传热性质的研究,建立了用以研究土壤传热的材料模型,根据此材料模型建立了土壤稳态和非稳态传热模型,并通过土壤热源分布实验对本文的土壤传热模型进行了验证。对森林土壤的热物性影响因素进行讨论,采用Hot Disk热常数分析仪测量了不同含水率、不同密度的土壤热物性,并确定了土壤热物性拟合公式;并结合土壤三相特性提出了计算土壤传热性质的重构模型,根据土壤热物性测试结果对本文的土壤重构模型预测结果进行验证,预测值与测量值之间的平均偏差为3.05%,证明了此模型的可行性。根据土壤热物性拟合结果和土壤重构模型分别建立了用以研究土壤传热的材料模型,将两种不同的材料模型作为边界条件,利用传热学理论,建立了土壤一维传热的稳态和非稳态数理模型,结合上述边界条件,对稳态和非稳态传热微分方程进行求解。通过室内外森林土壤热源分布实验,获取土壤在一天、一年内不同深度下的温度数据变化,利用实验数据对本文的土壤传热模型进行验证:一维稳态传热数理模型预测值与测量值之间的平均误差为3.92%;一维非稳态传热数理模型预测值与测量值之间的平均误差为4.21%%。结合前人研究的实验数据,本文的土壤传热模型预测值与测量值之间的平均偏差为12.16%,证明本文的土壤传热模型的可行性。
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