基于COMSOL_Multiph_省略_ics数学模块的冻土水热耦合分析_张明礼.pdf

节选段落一：
然
而传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和土体中水分对流传热作用，在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困
难。以垂直土柱单向冻结实验为基础，通过 COMSOL Multiphysics 软件的数学模块实现考虑冰水相变和水分对流的温度场和
水分场偏微分方程的耦合求解，分析了冻土水分对流与温度变化的关系。结果表明:①COMSOL 可以实现冻土水热参数、冰水
相变潜热以及边界条件的灵活定义，容易实现水热两场耦合分析; ②对于含水量较高的土体，水分对流传热作用不可忽略。


节选段落二：
3 试验验证与分析
为验证水热耦合模型的可靠性，采用文献［23］
中张掖壤土冻结试验进行验证，同时将本文提出的
模型与不考虑对流传热影响的水热耦合模型( 胡和
平采用的模型［23］) 及不考虑水分迁移，只考虑冰水
原位相变的固体传热模型等 3 种方法的计算结果进
行对比分析。
8 科 学 技 术 与 工 程 18 卷
3. 1 试验条件
土壤冻结实验为张掖壤土垂直土柱单向冻结
试验。


节选段落三：
5 结论
( 1) 基于非饱和土渗流理论和能量守恒原理，
通过 COMSOL Multiphysics 软件的数学模块实现了
考虑液态水迁移和对流传热作用的温度场和水分场
偏微分方程的耦合求解，结合室内张掖壤土垂直土
柱单向冻结试验，验证了 COMSOL Multiphysics 软件
的 PDE 模块求解冻土水热耦合过程的有效性。
( 2) 对不同初始含水量的张掖壤土进行数值模
拟分析显示，含水量较高的土体，水分对流作用对温
度场影响显著，在寒区工程长期水热稳定性分析中
水分对流作用不可忽略。
参 考 文 献
1 周幼吾，郭东信，邱国庆，等． 中国冻土．