CN102324200B - 模拟土壤大气蒸发能力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业水土工程技术领域，特别公开了一种模拟土壤大气蒸发能力装置。该模拟土壤大气蒸发能力装置包括：加热装置，设于加热装置上的水汽扩散控制器；土壤通过加热装置加热后，其产生的水汽通过水汽扩散控制器进行扩散控制。本发明提供的模拟土壤大气蒸发能力装置，在土壤充分供水的条件下，通过采用电涡流方式加热土壤来精确控制土壤表层温度以及通过控制风扇转速来精确控制水汽的扩散速度，可标定出土壤的大气蒸发能力与不同土壤表层温度及水汽控散制扩室中风扇转速之间的关系，实现对土壤大气蒸发能力的精确模拟，为室内土壤蒸发相关的水土工程实验提供精确的土壤大气蒸发能力控制解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及农业水土工程技术领域，特别涉及一种模拟土壤大气蒸发能力装置。
背景技术
地表蒸发过程是土壤水分散失的主要组成部分，也是目前农业水土工程研究领域的主要研究内容。由于种种条件的限制，很多针对土壤蒸发过程的研究要在室内进行；但室内并不存在蒸发所需的主要条件。因此，在室内实时、准确模拟大气蒸发能力是目前亟待解决的问题。
通常，土壤的蒸发过程主要分为三个阶段。第一阶段：水分由土壤运动到地表，对于地表的潜在大气蒸发能力来说，认为有充足的水分运动的地表(即土壤为充分供水条件)供蒸发。这一阶段基本不影响大气土壤的潜在蒸发能力。第二阶段：水分在地表汽化。这一阶段的驱动能量在自然状态下主要来自太阳辐射。第三阶段：水汽向大气扩散，这一阶段主要由大气的水汽饱和程度与风速等控制。由上述分析可知，影响大气蒸发能力的主要因素来自第二阶段和第三阶段。
目前，模拟大气蒸发能力并没有标准统一的方法，有研究人员尝试通过在土壤表面布置红外灯，通过红外照射加热土壤表层来模拟土壤蒸发。但这种方式实际上是模拟太阳辐射汽化土壤水的能量过程。其并没有控制提供土壤水汽化的辐射能量，也没有控制水汽向大气的扩散过程，其并不能精确地模拟大气的蒸发能力，仅是提供了一种加速室内土壤蒸发速率的方法。由于红外辐射加热的效率不高，使得该种方式的能耗较高。此外，当土壤蒸发面积较大时，这种方法很难保证土壤表面辐射加热的均匀度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种模拟土壤大气蒸发能力装置，克服现有技术中不能对土壤大气蒸发能力进行精确模拟等缺陷。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供一种模拟土壤大气蒸发能力装置，包括：电涡流加热装置，设于电涡流加热装置上的水汽扩散控制器；
表层土壤通过电涡流加热装置加热后，其产生的水汽通过水汽扩散控制器进行扩散控制。
进一步地，所述电涡流加热装置包括发热体和励磁线圈，所述发热体放置在装满土壤的土柱的表面；所述励磁线圈与发热体位于同一水平面内，并环绕在所述发热体的周围。
进一步地，所述水汽扩散控制器包括壳体和风扇；
所述壳体密封安装在所述土柱上，所述风扇位于所述壳体的一侧，所述壳体的另一侧具有水汽出口。
进一步地，所述水汽扩散控制器还包括布风板，所述布风板置于所述风扇的出风一侧；所述布风板具有多个均匀分布的孔。
进一步地，还包括至少一个放置在土壤表面的温度传感器。
进一步地，所述发热体为网状金属发热体。
进一步地，所述水汽扩散控制器壳体壳体由第一壳体和第二壳体贯通组成，所述第二壳体与土柱密封连接。
(三)有益效果
本发明提供一种模拟土壤大气蒸发能力装置，在土壤充分供水的条件下，通过采用电涡流方式加热土壤精确控制土壤表层温度以及通过控制风扇转速精确控制水汽的扩散速度，可标定出土壤的大气蒸发能力与不同土壤表层温度及水汽控散制扩室中风扇转速之间的关系，实现对土壤大气蒸发能力的精确模拟，为室内土壤蒸发相关的水土工程实验提供精确的土壤大气蒸发能力控制解决方案。
附图说明
图1为本发明实施例模拟土壤大气蒸发能力装置结构示意图；
图2为本发明实施例模拟土壤大气蒸发能力装置结构示意图A-A剖面图；
图3为本发明实施例模拟土壤大气蒸发能力装置结构示意图B-B剖面图。
其中，1、土柱；2、网状金属发热体；3、水汽扩散室壳体；31、第一壳体；32、第二壳体、4、布风板；5、风扇；6、励磁线圈；7、温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示，本发明提供一种模拟土壤大气蒸发能力装置包括：加热装置，设于加热装置上的水汽扩散控制器；土壤通过加热装置加热后，其产生的水汽通过水汽扩散控制器进行扩散控制。
本发明采用电涡流方式加热，其加热装置包括发热体2和励磁线圈6，该发热体采用网状金属发热体2。网状金属发热体2平铺放置在装满土壤的土柱1的表面。该励磁线圈6与网状金属发热体2位于同一水平面内，并环绕在该网状金属发热体6的周围。网状金属发热体2切割励磁线圈6产生的交变磁场而发热，从而加热土壤表层，将土壤表层加热到指定温度，为土壤表层的水分汽化提供能量。
其中，水汽扩散控制器包括壳体3和风扇5；壳体3密封套在土柱1上，确保土壤蒸发的水汽只能进入到水汽扩散控制器的壳体3中。该壳体3由第一壳体31和第二壳体32贯通组成，该第二壳体32与土柱密封连接。
风扇5位于第一壳体31的一侧，为水汽扩散提供额外的动力驱动。该第一壳体31的另一侧具有水汽传输到外界的水汽出口C。该水汽扩散控制器还包括布风板4，布风板4置于风扇5的出风一侧；布风板4具有多个均匀分布的孔，用于将水汽扩散控制器壳体3内的风速均匀分布。
另外，该模拟土壤大气蒸发能力装置还包括放置在土壤表面的至少一个温度传感器7。本发明实施例中采用三个温度传感器7均匀地放置在土壤表面上，用于直接测量土壤表面的当前温度。
下面具体描述模拟土壤大气蒸发能力装置的工作过程。
首先，将该土壤大气蒸发能力模拟装置通电，根据需要模拟的大气蒸发能力设定风扇5的转速与土壤表层的温度，启动水汽扩散控制器中风扇5。然后根据设定的土壤表层温度设定励磁线圈6的励磁电流，并将励磁线圈6通电，网状金属发热体2开始发热。其次，根据温度传感器7的测量土壤表面温度与预先设定温度的差值，调整电涡流加热装置中励磁线圈6的励磁电流与加热时间，继续测量土壤表层的温度，通过土壤表层温度和预先设定温度的差值，精确地控制土壤表层温度。土壤水分在电涡流加热装置提供的能量下，在地表进行汽化，其水汽进入到水汽扩散控制室；在设定风速下经水汽出口C离开蒸发模拟装置。
本发明提供的模拟大气土壤蒸汽能力装置，结构简单、设备能耗小，效率高。在土壤充分供水的条件下，通过采用电涡流方式加热土壤精确控制土壤表层温度以及通过控制风扇转速精确控制水汽的扩散速度，可标定出土壤的大气蒸发能力与不同土壤表层温度及水汽控散制扩室中风扇转速之间的关系，实现对土壤大气蒸发能力的精确模拟，为室内土壤蒸发相关的水土工程实验提供精确的土壤大气蒸发能力控制解决方案。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (7)
1.一种模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，包括：电涡流加热装置，设于电涡流加热装置上的水汽扩散控制器；
所述电涡流加热装置包括发热体和励磁线圈，所述发热体放置在装满土壤的土柱的表面，所述励磁线圈环绕在所述发热体的周围；
表层土壤通过电涡流加热装置加热后，其产生的水汽通过水汽扩散控制器进行扩散控制。
2.如权利要求1所述的模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，所述励磁线圈与所述发热体位于同一水平面内。
3.如权利要求1所述的模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，所述水汽扩散控制器包括壳体和风扇；
所述壳体密封安装在所述土柱上，所述风扇位于所述壳体的一侧，所述壳体的另一侧具有水汽出口。
4.如权利要求3所述的模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，
所述水汽扩散控制器还包括布风板，所述布风板置于所述风扇出风一侧；所述布风板具有多个均匀分布的孔。
5.如权利要求1所述的模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，还包括至少一个放置在土壤表面的温度传感器。
6.如权利要求2所述的模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，所述发热体为网状金属发热体。
7.如权利要求3所述的模拟土壤大气蒸发能力装置，其特征在于，所述水汽扩散控制器壳体由第一壳体和第二壳体贯通组成，所述第二水汽扩散控制器壳体与土柱密封连接。
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