[發明專利]一種巖土體綜合導熱系數和比熱容的測試系統及測試方法

無效

• 申請號: 201210414520.8
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102879425A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 張國柱;劉松玉;童立元;李仁民
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種巖土體綜合導熱系數和比熱容的測試系統，其特征在于：包括加熱裝置與量測裝置，所述加熱裝置包括保溫水箱、電加熱棒、水泵、保溫進水管、保溫回水管、熱交換管、平衡閥，所述量測裝置包括巖土體溫度傳感器、流體溫度傳感器和流量計。在保溫水箱內設置電加熱棒，水泵設置在保溫進水管上，在保溫回水管上設置流量計和平衡閥，熱交換管的兩端分別連接保溫進水管與保溫回水管。

2.根據權利要求1所述的巖土體綜合導熱系數和比熱容的測試系統，其特征在于：所述巖土體溫度傳感器設置在測溫孔和測試孔內，所述流體溫度傳感器設置在熱交換管上。所述熱交換管設置在測試孔內。

3.一種根據權利要求1所述的巖土體綜合導熱系數和比熱容的測試系統的測試方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）設置測試孔、測溫孔；

2）在熱交換管上分別安裝流體溫度傳感器和巖土體溫度傳感器，在將熱交換管設置在測試孔內，在測溫孔內安裝巖土體溫度傳感器；

3）運行加熱裝置，并監測熱交換管內流體與巖土體溫度，并繪制巖土體溫度隨時間變化的熱響應曲線；

4）利用溫度響應計算公式和巖土體熱響應曲線反演巖土體的綜合導熱系數和比熱容。

4.根據權利要求3所述的測試方法，其特征在于：所述測試孔與測溫孔任意一點的溫度響應計算公式為：

其中：

q_l(t)=ρ_lc_lvΔT(t)????????????(2a)

ψ′=k₁[akJ_n(r_bu)Y′_n(ar_bu)-J′_n(r_bu)Y_n(ar_bu)](2c)

f′=k₁[akY_n(r_bu)J′_n(ar_bu)-Y′_n(r_bu)J_n(ar_bu)]?(2d)

g′=k₁[akY_n(r_bu)Y′_n(ar_bu)-Y′_n(r_bu)Y_n(ar_bu)]?(2e)

α₁＝k₁/ρ₁c₁?????????????????????????????????(2f)

α₂＝k₂/ρ₂c₂?????????????????????????????????(2g)

k=k₂/k₁???????????????????????????????????????(2h)

式中：J_n和Y_n為第一類和第二類貝塞爾函數；角標1和2分別代表鉆孔內區域和鉆孔外區域；T₁(r,θ,t)代表鉆孔內任一點的溫度；T₂(r,θ,t)代表鉆孔外任一點的溫度；k₁、c₁和ρ₁分別代表鉆孔內巖土體的導熱系數、比熱容和密度；k₂、c₂和ρ₂分別代表鉆孔外巖土體的導熱系數、比熱容和密度；c_l和ρ_l分別代表熱交換管內流體的比熱容和密度；v代表熱交換管內流體的流量；ΔT(t)代表熱交換管內相鄰流體溫度測點的溫差；r_b為鉆孔半徑；r和θ為溫度測點的坐標；t為時間。