[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 |
| 地址： | 210096*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 巖土 綜合 導熱 系數 熱容 測試 系統 方法 | ||
技術領域
本發明涉及一種測試系統，具體的說，是一種巖土體的熱物性參數的測試系統，同時本發明公開了該測試系統的測試方法。
背景技術
巖土體的熱物性參數是土壤源地源熱泵系統和能源地下工程熱交換器設計計算和地下工程溫度場計算所需的基本參數，該參數的選取直接影響計算的可靠性和精確度。通過現場埋設溫度傳感器監測巖土熱響應試驗下的土體溫度場隨時間的變化曲線，依據復合介質線熱源理論，反演任意深度下的巖土體導熱系數和比熱容。反演所得的熱物性參數可綜合反應巖土體的物質組成、結構、地下水和應力歷史等多方面因素影響。
現有的巖土體熱物性測試方法包括室內試驗和現場測試。室內試驗試樣制備破壞了巖土體的原有結構和狀態，所得的熱物性參數無法如實反映巖土體的傳熱特性。利用熱探針法可以測量地表以下一定深度處的巖土體熱物性參數，但由于熱探針的長度有限，其測試深度受到限制，無法測量深埋土層的熱物性參數。基于垂直地埋管地源熱泵換熱器的巖土熱響應試驗可以獲得巖土體的綜合熱物性參數，但該參數是垂直鉆孔所穿越的全部土層的傳熱特性的綜合體現，無法反映某一層土或任意深度處巖土體的傳熱特性，該方法無法獲得任意深度處巖土體的熱物性參數。現有的基于巖土體熱響應試驗的巖土體熱物性參數反演理論基礎為半無限大體線熱源理論，該理論無法考慮垂直鉆孔內的回填材料，將其視為與鉆孔周圍巖土體相同的傳熱介質。導致測試結果與實際情況存在較大的偏差。
發明內容
發明目的：本發明的目的是提供一種結果準確、低成本、易于操作的測試系統，同時本發明公開了該測試系統的測試方法。
技術方案：本發明通過如下技術手段加以實現：
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，水泵設置在進水管上，在回水管上設置流量計和平衡閥，熱交換管的兩端分別連接進水管與回水管。
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。
一種巖土體綜合導熱系數和比熱容的測試系統的測試方法，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；
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：
ql(t)=ρlclvΔT(t)????????????????????????????(2a)
ψ′=k1[akJn(rbu)Y′n(arbu)-J′n(rbu)Yn(arbu)](2c)
f′=k1[akYn(rbu)J′n(arbu)-Y′n(rbu)Jn(arbu)]?(2d)
g′=k1[akYn(rbu)Y′n(arbu)-Y′n(rbu)Yn(arbu)]?(2e)
α1＝k1/ρ1c1?????????????????????????????????(2f)
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