Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЧВЫ




Характер теплофизических характеристик почвы формируется под воздействием четырех факторов: кондуктивной, конвективной, радиационной и массообменной проводимости.

Кондукция (теплопередача) – физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Кондуктивная теплопроводность в такой типичной дисперсной среде, как почва, зависит от структурной модели, под которой имеется в виду система взаимного расположения твердых частиц и пор, от химико-минералогического состава твердой фазы почвы, от соотношения между объемом промежуточной среды (газ, влага) и общим объемом системы, т. е. от ее пористости, влажности и температуры почвы.

Конвекция – явление переноса теплоты жидкостями или газами, путем их перемешивания (как вынужденно, так и самопроизвольно). В почвах рассматривается естественная конвекция, которая возникает самопроизвольно при неравномерном нагревании веществ в поле тяготения.

При, обычно распространенных размерах почвенных пор и частиц в 0,1-0,2 мм, процент общей теплопередачи за счет конвекции лежит в пределах 0,15-0,3% и только для весьма крупных частиц и пор, порядка 3,0 мм этот процент доходит до 5-5,5% при максимально возможном перепаде температур. В почвах проявление этого механизма заметно лишь при высокой влажности и быстром перемешивании свободной воды.

Радиационная проводимость – превращение внутренней энергии вещества в энергию излучения (энергию фотонов, или электромагнитных волн), перенос этого излучения в пространстве и его поглощение другим веществом.

В реальных условиях, когда почва не нагревается выше 600С, роль радиационного теплообмена пренебрежимо мала.

Массообмен предполагает перемещение влаги в почве, как в форме пара, так и в капельно-жидком виде. Этот поток влаги переносит с собой тепло, которое изменяет режим теплопереноса и влияет на величину теплофизических характеристик почвы.

Характер изменения теплофизических свойств генетических горизонтов в почвенном профиле и динамика этих свойств во времени и пространстве в значительной степени определяются влажностью, плотностью или пористостью (порозность) и механическим составом.

Теплоемкостьпочвы складывается из теплоемкостей составляющих ее почвенных фаз: твердой (Cρs), воды (Cρw) и воздуха (Cρa). Тепло будет равномерно распределяться в трехфазной почвенной системе по всем ее фазам, нагревая их в соответствии с теплоемкостью каждой из фаз и ее долей в почве. Теплоемкость почвы (Cρ), в целом составит:



Cρ = fs Cρs + fw Cρw + fa Cρa. (1)

где: fs, fw, fa - объемные доли твердой фазы, воды и воздуха.

 

Объемная теплоемкость абсолютно сухой почвы от пахотного горизонта к нижележащим, увеличивается, что вызвано главным образом значительным повышением объемного веса (плотность) почвы вниз по профилю.

Теплофизические параметры зависят от влажности почвы. Можно выделить три характерные области, соответствующие различным энергетическим состояниям почвенной влаги (рисунок – 1).

Рисунок – 1. Схема теплопереноса при различной степени

влажности.

1. В области низких влажностей вода прочно связана, и процессы теплообмена определяются исключительно кондуктивным механизмом переноса тепла в почве. С увеличением влажности растет площадь стыковых манжет и, соответственно, величина кондуктивной теплопроводности. Одновременно увеличивается и объемная теплоемкость, линейно зависящая от влажности. Рост теплопроводности компенсируется ростом теплоемкости, а температуропроводность в это время практически не зависит от влажности.

2. Пародиффузионный перенос достигает своего максимума: теплопроводность возрастает быстрее, чем объемная теплоемкость. Температуропроводность увеличивается с влажностью.

3. При дальнейшем повышении влажности появляется капиллярная влага, заполняющая почвенные капилляры. Теплообмен сводится к кондуктивной теплопередаче и к слабо выраженной в почве конвекции. В результате рост теплопроводности замедляется. Поскольку объемная теплоемкость продолжает увеличиваться с влажностью, температуропроводность начинает снижаться. Она достигает максимума в области влажностей, близких к влажности разрыва капилляров (ВРК) (рисунок – 2).

Рисунок – 2. Зависимости теплофизических параметров от влажности.


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2018 год. (0.014 сек.)Пожаловаться на материал