一种将冻土相变潜热转换为等效比热的精细化方法技术

一种将冻土相变潜热转换为等效比热的精细化方法，通过拟合未冻水含量随冻土温度的变化曲线，采用微积分方法确定冻土的未冻水含量变化率和相变潜热；在此基础上，通过假定相变潜热转化比热曲线与未冻水含量随冻土温度的变化曲线平行，确定相变潜热转化比热随温度变化的曲线方程，进而确定任意温度点相变潜热转化比热。本发明专利技术考虑了冻土相变潜热与未冻水含量的相关性，体现了相变热随负温的演变趋势，减少了中间温度点土样的测试数量，并提升了相变潜热与比热之间的一致性演变关系。通过实测和计算表明，该计算方法的预测精度较文献方法平均提升45.72％，最大能够提升189.7％。精度的提升能够最大限度获取最真实的等效比热值，为冻土温度场的精细化预测提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种将冻土相变潜热转换为等效比热的精细化方法
本专利技术属于冻土温度场计算参数确定领域，涉及一种将冻土相变潜热转换为等效比热的精细化方法，可用于将冻土相变潜热等效为土体比热。
技术介绍
冻土中的热量传播形式分为显热和潜热两种。显热是指不存在相态变化情况下冻土温度升高或降低所需要的热量；如，10℃的土体升高至15℃。潜热是指冻土中冰体融化或液态水冻结所需要的热量。多数情况特别是负温情况下，冻土中同时存在显热和潜热两种热量传播形式。受土体冻融过程中未冻水含量的非线性变化影响，相变潜热也是随未冻水非线性变化而变化的。因此，冻土温度降低过程或升高过程中同时存在了显热和潜热。一般地，混合物的比热可采用质量加权平均计算方法来确定，因此，在已知冻土各相组成及其比热值的前提下，冻土混合物的比热可以直接确定。再通过潜热计算就可以分离考虑冻土中的显热和潜热。常见的温度场计算软件中，仅可以设置一个潜热释放区间，且在该区间内潜热平均分配至各个区段，这与冻土未冻水含量随负温的非线性变化是不符的。因此，一些研究中尝试将冻土的潜热转化为等效比热，再代入温度场模拟软件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将冻土相变潜热转换为等效比热的精细化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)拟合冻土未冻水质量％含量W

【技术特征摘要】
1.一种将冻土相变潜热转换为等效比热的精细化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)拟合冻土未冻水质量％含量Wu随冻土温度T的变化曲线为公式(1)的形式，公式(1)为：
Wu＝aebT+K(1)
式中，Wu为冻土未冻水质量％含量；a、b、K为拟合系数；e为自然常数；T为冻土温度，单位为℃；
2)公式(1)两端分别对冻土温度T求导数，得到未冻水质量％含量Wu随冻土温度T的变化率Wu’，即：
W'u＝abebT(2)
式中，Wu’为未冻水质量％含量Wu随冻土温度T的变化率；a、b为拟合系数；e为自然常数；T为冻土温度，单位为℃；
3)冻土潜热的变化量dQ采用公式(3)表示，公式(3)为：



式中，dQ为冻土潜热的变化量，单位为kJ/kg；L为水的相变热，单位为kJ/kg；ρd为土样的干密度，单位为kg/m3；ρ为土样密度，单位为kg/m3；a、b为拟合系数；e为自然常数；dT为冻土温度变化量，单位为℃；
4)将负温区间[Tn～Tj]区段内的潜热总量Qj～n表示为：



式中，Qj～n为负温区间[Tn～Tj]区段内的潜热总量，单位为kJ/kg，其中0＞Tj＞Tn；L为水的相变热，kJ/kg；ρd为土样的干密度，单位为kg/m3；ρ为土样密度，单位为kg/m3；a、b为拟合系数；Tn、Tj为负温区间[Tn～Tj]的边界温度，℃；e为自然常数；dT为冻土温度变...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈之祥，郭晓霞，邵龙潭，李顺群，高凌霞，田筱剑，张翻，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21