[發明專利]一種地下巖土分層熱物性現場熱響應測試方法

有效

• 申請號: 201210207869.4
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102721722A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 楊衛波
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京中新達專利代理有限公司 32226
• 代理人: 孫鷗;朱杰

1.一種地下巖土分層熱物性現場熱響應測試方法，其特征在于所述測試系統包括保溫水箱、可調電加熱器、水泵、電磁流量計、流量調節閥、光纖溫度傳感器及數據采集裝置，且可調電加熱器、電磁流量計及光纖溫度傳感器通過信號傳輸線與數據采集裝置連接，它的實施步驟如下：

(1)在埋管現場鉆測試孔，插入U型管，并用回填材料進行回填；

(2)對地下土壤按深度方向分層，將光纖溫度傳感器插入U型管的兩支管內；

(3)連接U型管與地上測試裝置循環水管道進出口；

(4)靜置至少48小時后，測量不同深度層U型管兩支管內水溫度，以獲得各層土壤的初始溫度；

(5)開啟電加熱器和循環水泵，并保持加熱器功率恒定，同時以一定時間間隔記錄不同時刻的測量數據：不同深度層U型管兩支管內水溫、循環水流量、加熱器加熱功率，測試約48小時后停止；

(6)對每層土壤，利用線熱源理論對測試數據進行處理，并結合參數優化技術得到各層土壤的熱物性值，具體如下：

根據線熱源理論，對每層土壤有：

T_f，k＝m_klnτ+b_k????????(1)

m_k＝Q_k/(4πλ_kL_k)????????(2)

bk=Qk4πλkLk[ln(4λk(ρc)k)-0.5772]+QkLkRb,k+Tff,k---(3)]]>

Qk=cm·[(Tfi,k-Tfo,k)-(Tfi,k+1-Tfo,k+1)]---(4)]]>

式中，下標k表示土壤的層數，Q_k為第k層土壤的換熱量，W；L_k為第k層土壤的深度，m；λ_k為第k層土壤的導熱系數，W/(m·K)；(ρc)_k為第k層土壤的容積比熱，J/(m²·K)；R_b，k為第k層的單位長度鉆孔熱阻，(m·K)/W；T_f，k為第k層的流體平均溫度，℃；T_fi，k，T_fi，k+1分別為第k層土壤深度范圍內U型管進水支管的進、出口溫度，℃；T_fo，k+1，T_fo，k分別為第k層土壤深度范圍內U型管出水支管的進、出口溫度，℃；T_ff，k為第k層土壤的原始平均溫度，℃；c為流體質量比熱，kJ/(kg℃)；為循環流體質量流量，kg/s；

針對每層土壤，通過實驗測試所獲得的Q_k及不同時刻埋管流體平均溫度T_f，k值，在溫度-時間對數坐標軸上擬合出式(1)即可得到m_k，從而根據方程(2)得到各深度層土壤的導熱系數λ_k；再將λ_k值代入式(1)，以(ρc)_k與R_b，k為優化變量，以式(5)作為優化函數，利用參數估計法即可得出各層土壤的容積比熱與鉆孔熱阻值；

F=Σi=1NΣk=1n(T(f,k)cal-T(f,k)exp)2---(5)]]>

式中，為計算得到的第k層流體平均溫度，T_{(f，k)exp}為測試得到的第k層流體平均溫度，n為土壤總層數，N為數據采集次數。