土壤融化与土中水分运移相互作用的计算研究( A Computational Study of the Interaction of Melting Soil With Moisture Transport in the Native Soil )

Will Schreiber John Kuo

本文描述了一个计算机模型，用于分析未熔化的多孔土壤中的水分传输。采用SIMPLE方法,在边界拟合的、随时间变化的非正交坐标系上,对土壤熔体中的流体和热流进行了隐式数值模拟。TOUGH2是Lawrence Berkekey Laboratory的K.Pruess开发的多相流体和热流通用计算机程序,它可以在时间自适应的边界拟合坐标上用于预测多孔未熔化土壤中的热传递、水分和空气传输以及压力分布。土体熔融模型通过一个界面（移动边界）与修正的TOUGH2模型耦合，该界面的形状随时间的推移而隐式确定。计算机模型的效用在本研究中通过一个特殊的二维研究得到了证明。一个初始温度为20°C且部分饱和于0.2或0.5相对液体饱和度的土壤被装在一个宽2米、高10米、底部和侧面不可渗透的盒子中。土壤的上表面暴露在20°C的大气中，水蒸气和空气可以逸出。在1700°C融化的土壤从一侧加热（保持在1700°C至4000°C的恒定温度）时开始计算。来自热壁的热量使熔体以这样一种方式循环，即熔体界面在箱体顶部比底部生长得更快。当熔体的上部接近不透水的墙壁时，就会形成一个瓶颈，阻碍土壤下部的水分释放。作为预测水分渗入熔体的可能性的一种手段，研究了被截留水分的压力历史。本文还研究了未熔化多孔土中熔体的界面运动和水分输运。

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