[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

一種能量樁熱?流?力耦合特性實驗測試系統及測試方法，屬于地源熱泵空調技術及能源地下結構技術領域，由實驗箱體、模型能量樁、恒溫進口邊界模擬系統、滲流模擬系統、數據采集系統構成；本發明解決了實際能量樁運行中熱?流?力耦合特性難以揭示的缺陷，通過設置滲流水模擬系統及熱力特性數據采集系統，可實現無滲流時干砂土工況下能量樁的熱?力耦合特性、有滲流時濕飽和砂土工況下能量樁的熱?流?力耦合特性及有無滲流作用下樁土界面作用特性的實驗測試，實現了一套實驗系統多工況的模擬實驗。

技術領域

本發明屬于地源熱泵與能源地下結構技術領域，涉及一種能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試系統及測試方法，具體的說是涉及一種可實現多工況下能量樁熱-流-力耦合特性測試的實驗系統及方法。

背景技術

能量樁作為一種經濟高效型能源地下結構，是將地源熱泵地埋管換熱器與傳統建筑樁基相結合而構成。與傳統地源熱泵地埋管換熱器相比，能量樁具有承擔建筑荷載與換熱雙重功能，且節約埋管占地面積、降低鉆孔費用，因而在建筑節能工程領域逐漸得到推廣應用。

現有能量樁的埋設深度一般取決于建筑樁基深度，在這一深度范圍內，能量樁在運行過程中與樁周土體間不僅存在熱交換，而且在還存在濕交換及由熱濕交換而導致的樁體熱應變及樁土間的擠壓變形，是一典型的能量樁與樁周土體間的復雜熱-流-力耦合作用過程，尤其對于富水地區尤為明顯。為了更好的設計并優化能量樁的運行工況，必須弄清能量樁的這一復雜熱-流-力耦合作用機理。然而，目前現有實際安裝的能量樁無法實現這一功能。為了充分認識并掌握這一耦合作用機理，獲得不同因素對能量樁熱-流-力耦合特性的影響規律，有必要建立一套可實現多工況下能量樁熱-流-力耦合特性的實驗測試系統及測試方法。

發明內容

本發明的目的是針對目前實際安裝的能量樁無法完成能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試，提出一種能量樁熱-流-力耦合特性實驗測試系統及測試方法，可實現多工況下能量樁熱-流-力耦合特性的實驗測試，以進一步獲得不同因素對能量樁熱-流-力耦合特性的影響規律。

本發明的技術方案是：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、模型能量樁、恒溫進口邊界模擬系統、滲流模擬系統、數據采集系統構成；所述實驗箱體通過滲流多孔板與將實驗箱體的內部空間分割成滲流給水區、砂土填充區、滲流集水區；所述滲流給水區內設有第一帶孔支撐板、第二帶孔支撐板、第三帶孔支撐板；所述滲流集水區內設有第四帶孔支撐板、第五帶孔支撐板、第六帶孔支撐板；所述砂土填充區內設有模型能量樁及回填砂土；所述模型能量樁由內置換熱器和回填混凝土構成；所述恒溫進口邊界模擬系統由恒溫水浴、第一流量計、調節閥、第一循環水泵及保溫管道連接構成；所述恒溫水域通過保溫管道與內置換熱器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、滲流給水管、滲流補水管、滲流補水箱、滲流給水箱水位控制器、第二循環水泵、滲流集水箱、滲流集水管、滲流集水箱溢水管及第二流量計構成；所述滲流給水箱通過滲流給水管與實驗箱體的滲流給水區連通；所述滲流補水箱通過滲流補水管與滲流給水箱連通；通過滲流給水箱水位控制器控制第二循環水泵以實現所述滲流給水箱水位的控制；所述滲流集水箱通過滲流集水管與實驗箱體的滲流集水區連通，且滲流集水管上連接有流量計；所述滲流給水箱與滲流集水箱的設置高度可調節；所述數據采集系統包括熱特性與力特性數據采集系統；所述熱特性數據采集系統由溫度探頭、溫度采集儀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、土壓力盒、應變計、應變儀、埋入式測縫計及力特性信號傳輸線連接構成。

所述實驗箱體采用PVC板材熱熔焊接而成，其中砂土填充區一側板采用透明PVC板通過螺栓連接，以便于模型能量樁與砂土的更換及滲流水位的觀測；實驗箱體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。

所述滲流多孔板與靠砂土填充區的一側設置有防堵紗網，滲流多孔板與的孔徑大小及孔分布以滿足滲流均勻為依據。