Определение коэффициента температуропроводности по полевым наблюдениям

Нередко возникает необходимость определения коэффициента температуропроводности почвогрунта, снега, льда и других материалов в полевых условиях. Эту задачу можно осуществить, организовав наблюдения за температурой по глубине изучаемой толщи (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Схема расположения по глубине точек наблюдения за температурой [8]

I, II — слои, на границах которых измеряется температура; 1, 2— кривые хода температуры по глубине в моменты времени τ ₁ и τ ₂.

При этом получают интегральное значение коэффициента температуропроводности, отражающего температуропроводность изучаемой толщи как многофазной среды, и предполагается, что имеет место только молекулярная теплопроводность.

Воспользуемся уравнением теплопроводности для нестационарного одномерного температурного поля (3.36), записанного в конечных разностях:

D t/ Dτ = a D² t/ D z ². (3.59)

Это уравнение можно переписать следующим образом:

(3.60)

откуда

(3.61)

где Δ z — шаг по глубине толщи грунта; и — температура на глубине z соответственно в моменты времени τ ₁ и τ ₂;

и — - градиенты температуры в выше

(I) и нижележащем (II) слое по отношению к горизонту z в момент времени τ ₁. Из формулы (3.61) видно, что для оценки коэффициента температуропроводности a для данного грунта необходимо измерить температуру на трех горизонтах толщи. В этом эксперименте следует обратить внимание на характер теплового процесса: в период наблюдений он должен отвечать условиям охлаждения или нагревания.