开放系统下饱和正冻土热质迁移的数值分析

摘要

引入Heaviside阶梯函数和Z函数使得冻结区和未冻区的导水系数、导热系数、体积热容量和土水势可以用统一的公式表达，提出了开放系统下饱和土在冻结过程中热质迁移的数学模型。对一个侧面绝热的圆柱土样的热质迁移过程进行了计算机模拟，结果表明：温度变化速率、冻结速率和温度梯度随时间减小，在冻结锋面附件温度分布曲线有拐点，冻结区温度梯度略小于未冻区温度。含水量增量沿着试样高度先减小再增大。在冻结速率很低的情况下含水量持续增大，易形成冰透镜体。