[實用新型]土體一維熱濕傳遞的模擬裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420643587.3
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN204129039U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾召田;趙艷林;呂海波;韋昌富;羅伯光;顏榮濤
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于環(huán)境巖土測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及土體一維熱濕傳遞的模擬裝置。

背景技術(shù)

土壤作為一種多孔介質(zhì)，一般由固(土顆粒)、液(水)、氣三相物質(zhì)組成，它處于一定的大氣環(huán)境之中，在多種輸運機(jī)制聯(lián)合作用下，其內(nèi)部就會產(chǎn)生熱、水、氣的遷移運動。在自然環(huán)境中，土壤的熱濕遷移過程受到多種效應(yīng)的控制，其影響因素有土壤的溫度、壓力、土壤內(nèi)液相與氣相的相對含量、孔隙率以及土壤類型等，因此，自然界中土壤的熱濕遷移過程是在上述因素相互作用下一個復(fù)雜的能量交換和物質(zhì)流動過程，成為環(huán)境巖土工程關(guān)注的一個重點內(nèi)容。目前，國內(nèi)外對于土壤熱濕耦合遷移進(jìn)行了大量的理論研究并建立了各種理論模型，但由于缺乏具體的試驗驗證，使得理論研究與實際工程結(jié)合不夠緊密：目前的研究成果既未能提供充足的基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)，也未能為理論模型的廣泛應(yīng)用提供可靠的實踐依據(jù)。因此，非常有必要設(shè)計開發(fā)一種可模擬土體一維熱濕傳遞的試驗裝置，用來研究溫度梯度和濕度梯度二者共同影響下土體的一維熱濕遷移效應(yīng)。

一種能夠自動加熱、精確控溫并提供恒定溫度的熱源實驗裝置是該測試方法的關(guān)鍵。目前，實驗室一般采用“電阻絲加熱”和“水浴加熱”等方法制作實驗用熱源裝置。“電阻絲加熱”方法加熱不均，且溫度不易控制。“水浴加熱”法是水經(jīng)加熱源加熱至一定溫度后存儲起來，當(dāng)自然冷卻至該溫度以下時，自動加熱；采用該法時加熱水槽中的水分易蒸發(fā)，為保持水槽中水位不變，需經(jīng)常向水槽中加水，加水瞬間水槽內(nèi)水溫難以維持恒定。另外，在溫度梯度作用下土體各部位含水量的確定方法是該測試方法的另一個關(guān)鍵。目前，確定土樣的含水量，較多采用的是鉆孔取樣然后烘干稱重法，這種方法只能得到試驗結(jié)束后土體的含水量，不能實時量測到熱濕遷移過程中土體的含水量；另一種方法為切片取土烘干法，即在試驗過程中打開試樣箱，在土體邊部切邊取土，用烘干法測含水量，再關(guān)閉試驗箱繼續(xù)進(jìn)行試驗，這種方法對土體有一定程度的擾動，且會影響熱量在土體中的傳導(dǎo)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供土體一維熱濕傳遞的模擬裝置，解決了現(xiàn)有的測量設(shè)備對土體有一定程度的擾動，且會影響熱量在土體中的傳導(dǎo)的問題。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是包括恒溫水箱，恒溫水箱內(nèi)裝水，恒溫水箱內(nèi)置電加熱器，電加熱器通過導(dǎo)線連接外部的溫控器，恒溫水箱內(nèi)還設(shè)有第一循環(huán)水泵和第二循環(huán)水泵，第一循環(huán)水泵對水箱內(nèi)部的水進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，使恒溫水箱內(nèi)的水溫均勻，第二循環(huán)水泵通過管道使恒溫水箱內(nèi)的熱水進(jìn)行外部循環(huán)，使恒溫水箱內(nèi)的熱水對土柱實驗箱中的加熱罐進(jìn)行加熱，恒溫水箱內(nèi)還置有水溫計，對水溫進(jìn)行測量，土柱實驗箱箱長1160mm，內(nèi)截面尺寸為150mm×150mm，土柱實驗箱箱體采用隔熱、隔水的亞格力板，加熱罐置于土柱實驗箱內(nèi)部的一端，土柱實驗箱內(nèi)部其余空間用于承載實驗用土，土柱實驗箱內(nèi)部的實驗用土內(nèi)還安裝有若干個溫度傳感器和含水率傳感器，加熱罐和實驗用土之間用銅板隔開。

進(jìn)一步，所述電加熱器為并聯(lián)的兩個功率均為800W的電加熱器，電加熱器上連接一散熱片。

進(jìn)一步，所述土柱實驗箱的蓋板采用可拆卸式設(shè)計，蓋板上鉆孔用于實驗時安裝溫度傳感器和含水率傳感器。

進(jìn)一步，所述鉆孔分別在距加熱罐距離為0、10、20、30、45、60、75、95cm處鉆孔，孔徑為20mm。

進(jìn)一步，所述銅板將土柱實驗箱分隔為兩部分，左端為加熱罐的恒溫加熱部分，長為120mm，內(nèi)截面尺寸為166mm×166mm；右端為試驗土柱部分，長為1000mm，內(nèi)截面尺寸為150mm×150mm。

本實用新型的有益效果是測量土體時不會造成擾動，一體性好，測試精度高。

附圖說明

圖1是本實用新型一維熱濕傳遞的模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.恒溫水箱，2.電加熱器，3.溫控器，4.第一循環(huán)水泵，5.第二循環(huán)水泵，6.土柱實驗箱，7.加熱罐，8.水溫計，9.溫度傳感器，10.含水率傳感器，11.銅板，12.散熱片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

試驗裝置如圖1所示，包括恒溫加熱系統(tǒng)和試驗土柱兩大部分。試驗時，試驗槽分別填入取自于地源熱泵試驗現(xiàn)場的紅粘土、粉質(zhì)粘土和建筑用細(xì)砂，通過銅加熱罐將土柱的一端加熱，利用埋設(shè)的傳感器測定土柱中各測點的溫、濕度變化。

恒溫加熱部分：

為了給整個試驗臺提供一個穩(wěn)定的恒溫?zé)嵩矗緦嵱眯滦秃銣厮?：箱體為20L車載保溫箱，內(nèi)置電加熱器2連接外部的溫控器3，還置有第一循環(huán)水泵4和第二循環(huán)水泵5、水溫計8。