[發明專利]一種能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試系統及測試方法

有效

• 申請號: 202011413717.0
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112683562B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 楊衛波;鞠磊;孫韜夫;汪峰
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G09B25/04;E02D33/00
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 沈志海

1.一種能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試系統，其特征在于：所述實驗測試系統由實驗箱體(1)、模型能量樁(4)、恒溫進口邊界模擬系統、滲流模擬系統、數據采集系統構成；所述實驗箱體(1)通過滲流多孔板(2-1)與(2-2)將實驗箱體(1)的內部空間分割成滲流給水區(1-1)、砂土填充區(1-2)、滲流集水區(1-3)；所述滲流給水區(1-1)內設有第一帶孔支撐板(3-1)、第二帶孔支撐板(3-2)、第三帶孔支撐板(3-3)；所述滲流集水區(1-3)內設有第四帶孔支撐板(3-4)、第五帶孔支撐板(3-5)、第六帶孔支撐板(3-6)；所述砂土填充區(1-2)內設有模型能量樁(4)及回填砂土(5)；所述模型能量樁(4)由內置換熱器(4-1)和回填混凝土(4-2)構成；所述恒溫進口邊界模擬系統由恒溫水浴(6)、第一流量計(7-1)、調節閥(8)、第一循環水泵(19-1)及保溫管道(9)連接構成；所述恒溫水浴(6)通過保溫管道(9)與內置換熱器(4-1)的進出口連接而構成循環系統；所述滲流模擬系統由滲流給水箱(10-1)、滲流給水管(10-2)、滲流補水管(10-3)、滲流補水箱(10-4)、滲流給水箱水位控制器(10-5)、第二循環水泵(19-2)、滲流集水箱(11-1)、滲流集水管(11-2)、滲流集水箱溢水管(11-3)及第二流量計(7-2)構成；所述滲流給水箱(10-1)通過滲流給水管(10-2)與實驗箱體(1)的滲流給水區(1-1)連通；所述滲流補水箱(10-4)通過滲流補水管(10-3)與滲流給水箱(10-1)連通；通過滲流給水箱水位控制器(10-5)控制第二循環水泵(19-2)以實現所述滲流給水箱(10-1)水位的控制；所述滲流集水箱(11-1)通過滲流集水管(11-2)與實驗箱體(1)的滲流集水區(1-3)連通，且滲流集水管(11-2)上連接有流量計(7-2)；所述滲流給水箱(10-1)與滲流集水箱(11-1)的設置高度可調節，以通過控制滲流給水箱（10-1）與滲流集水箱(11-1)的水位高度差來調節滲流速度；所述滲流模擬系統中滲流水由滲流給水區(1-1)經滲流多孔板(2-1)水平流過砂土填充區(1-2)后，經滲流多孔板(2-2)流入滲流集水區(1-3)；所述數據采集系統包括換熱特性與力學特性數據采集系統；所述換熱特性數據采集系統由溫度探頭(12)、溫度采集儀(13)及溫度信號傳輸線構成；所述力學特性數據采集系統由百分表(14)、土壓力盒(15)、應變計(16)、應變儀(17)、埋入式測縫計(18)及力學特性信號傳輸線連接構成；

能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試系統使用時，測試方法如下：

1)、能量樁熱-力耦合特性實驗工況：此實驗工況下不使用滲流模擬系統，滲流給水箱(10-1)與滲流集水箱(11-1)均不充水，能量樁在無滲流時的干砂土中運行；此時，開啟恒溫水浴(6)模擬不同的進口水溫工況，通過換熱特性與力學特性數據采集系統來分別獲得能量樁在不同進口水溫工況下的熱力耦合特性；

2)、能量樁熱-流-力耦合特性實驗工況：此實驗工況下使用滲流模擬系統，滲流給水箱(10-1)與滲流集水箱(11-1)均充水，通過調整兩水箱的水位高度差來模擬濕砂土中不同的地下水流狀況，能量樁在有滲流時的飽和濕砂土中運行；此時，開啟恒溫水浴(6)模擬不同的進口水溫工況，通過數據采集系統來獲得能量樁在不同進口溫度下的熱-流-力耦合特性；

3)、能量樁樁土界面作用特性實驗工況：此實驗工況下，可分為有滲流與無滲流兩種情況，滲流模擬系統具體設置同上；主要測量樁身及樁周土體的溫差及位移變化來獲得能量樁運行過程中樁土間相互作用而對傳熱量及樁身承壓能力變化的影響；通過改變恒溫水浴設定溫度來獲得不同進口溫度下樁土界面特性的變化；通過更換樁周土體來獲得不同土壤類型及不同土壤壓實度對樁土界面作用特性的影響。

2.根據權利要求1所述的一種能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試系統，其特征在于：所述實驗箱體(1)采用PVC板材熱熔焊接而成，其中砂土填充區(1-2)一側板采用透明PVC板通過螺栓連接，以便于模型能量樁(4)與砂土(5)的更換及滲流水位的觀測；實驗箱體(1)的尺寸通過模擬計算后以實驗周期內溫度不干擾到箱體邊界為依據來確定。