شبیه سازی عددی و بررسی آزمایشگاهی ضریب پخشیدگی گرمایی خاک یخ زده در شرایط رطوبتی متفاوت

در این تحقیق ضریب پخشیدگی گرمایی خاک سیلت رسی در رطوبت های وزنی ۵، ۱۰، ۱۵، و ۲۰ درصد در حالت وقوع پدیده یخبندان در خاک مورد بررسی قرار گرفته است. برای برآورد ضریب پخشیدگی گرمایی  ابتدا معادله پخش گرما در خاک به روش کرانک- نیکسلون برای مقادیر متفاوت فرضی در محدوده تغییرات آن حل شد. سپس با استفاده از معیار جذر متوسط مربعات خطا (RMSE) بین مقادیر دمای خاک محاسباتی و مشاهداتی در زمان ها و اعماق متفاوت، مقدار بهینه  به روش سعی و خطا برای رطوبت های پیش گفته استخراج شد. برای جمع آوری داده های مورد نیاز در حل معادله پخش گرما در خاک، از ۷ حس گر گرمایی در اعماق گوناگون خاک استفاده شد. برای دستیابی به شرایط یخبندان در خاک از دستگاه تبرید که قادر به تولید سرما تا دمای ۲۰- درجه سلسیوس بود استفاده به عمل آمد. استخراج  برای دو مقطع مجزا از داده های مشاهداتی به انجام رسید. مقطع اول که نمایانگر شرایط وقوع یخبندان کامل خاک بود از بین داده هایی انتخاب شد که در آن دمای خاک در کلیه اعماق خاک و در زمان های متفاوت مقادیری منفی و کمتر از ۲- درجه سلسیوس را داشت و مقطع دوم که نمایانگر شرایط نبود یخبندان کامل در خاک بود طوری انتخاب شد که در آن دمای خاک در بخشی از مقطع انتخاب شده مثبت و در بخشی دیگر منفی بود. طبق نتایج به دست آمده، مدل به کار گرفته شده در این تحقیق در حالت یخبندان کامل منجر به حصول مقادیر RMSE کم و به دست آمدن نتایجی منطقی و قابل قبول شد ولی در حالت نبود یخبندان کامل مقادیر RMSE به طرز قابل توجهی زیاد شد و این امر سبب ناکارامد شدن مدل و به دست آمدن نتایجی غیرمنطقی شد که وقوع این امر به نقض فرضیات مورد نیاز معادله و اعمال خطاهای اضافی در اثر آن در حالت اخیر نسبت داده شد.

کلیدواژه ها:

ضریب پخشیدگی گرمایی ، شبیه سازی عددی ، یخبندان خاک ، رطوبت ، روش کرانک- نیکلسون