CN111189880A - 可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法 - Google Patents
可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111189880A CN111189880A CN202010139853.9A CN202010139853A CN111189880A CN 111189880 A CN111189880 A CN 111189880A CN 202010139853 A CN202010139853 A CN 202010139853A CN 111189880 A CN111189880 A CN 111189880A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- water
- heat transfer
- water tank
- fractured rock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Abstract
本发明公开了一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法，本发明通过温控系统或总控系统提供试验所需温度，通过水箱控制器或总控系统对绝热试验箱内的裂隙岩样进行供水，通过绝热试验箱内的压传感器、未冻水含量传感和所有温度传感器采集实时数据，通过总控系统进行数据分析得到最终结果。本发明设置了供水系统，在低温裂隙岩体传热试验时考虑到对流传热和冰‑水相变作用，能测量低温裂隙岩体的传热性能，从而更安全有效地解决寒区工程遇到的冻岩问题。
Description
技术领域
本发明属于寒区工程领域，具体涉及一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法。
背景技术
在我国现有的对岩土工程的试验仪器中，少有针对低温裂隙岩体的传热的试验装置。现在大量工程项目在广大寒区上马。此类地区存在裂隙岩体，其热学特性对工程建设具有重大影响。然而，市面上缺乏能够考虑对流和相变作用的裂隙岩体传热试验仪。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法，能够测量低温裂隙岩体的传热性能，从而更安全有效地解决寒区工程遇到的冻岩问题。
为了达到上述目的，一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，包括供水系统、温控系统、绝热试样箱、数据采集系统、总控系统和集水箱；
绝热试样箱用于放置裂隙岩样，裂隙岩样的裂隙部位设置有水压传感器和未冻水含量传感器，绝热试样箱上设置有温度传感器，绝热试样箱置于温控系统的恒温室内，绝热试样箱通过保温进水管连接供水系统，绝热试样箱通过保温出水管连接集水箱，水压传感器、未冻水含量传感器和温度传感器均连接数据采集系统，数据采集系统、供水系统和温控系统连接总控系统；
数据采集系统用于采集水压传感器、未冻水含量传感器和温度传感器的数据并转发至总控系统；
总控系统用于控制供水系统的流量和温控系统的温度，以及根据数据采集系统采集的数据进行数据分析。
供水系统包括可控温水箱，水箱控制器设置在可控温水箱上，保温进水管插入水箱控制器内并进入到控温控压水箱内，水箱控制器连接总控系统。
水箱控制器内设置有恒流泵，恒流泵连接可控温水箱和保温进水管，恒流泵上设置有水箱流量计，恒流泵和水箱流量计通过水箱控制器控制。
可控温水箱内设置有水箱控温板和水箱温度计，水箱控温板和水箱温度计均连接水箱控制器。
保温出水管上设置有出水流量计和出水温度计，出水流量计和出水温度计均连接数据采集系统。
裂隙岩样与绝热试样箱间填充有微膨胀防水绝缘胶。
绝热试样箱通过试样箱支架固定在恒温室内。
一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据试验所需，制作裂隙岩样和无裂隙岩块；
步骤二，采用热学参数测量仪测定无裂隙岩块的比热和热传导系数；
步骤三，将裂隙岩样按要求放入试样箱并连接温度传感器，在裂隙岩样的裂隙部位设置水压传感器和未冻水含量传感器；
步骤四，调节温控系统或通过总控系统控制，使恒温室内的温度符合试验要求；
步骤五，调节水箱控制器或通过总控系统控制供水系统对绝热试样箱内供水；
步骤六，数据采集系统实时采集水压传感器、未冻水含量传感器和温度传感器的数据并转发至总控系统；
步骤七，总控系统根据数据采集系统采集的数据进行数据分析。
步骤五中，总控系统和水箱控制器持续采集水箱温度计的数据，当数据小于阈值时，开启水箱控温板，当数据高于阈值时，关闭水箱控温板。
总控系统和水箱控制器实时采集水箱流量计的数据，并控制恒流泵的开闭。
与现有技术相比，本发明的试验系统通过温控系统提供试验所需温度，通过供水系统对绝热试验箱内的裂隙岩样进行供水，通过绝热试验箱内的水压传感器、未冻水含量传感和温度传感器采集实时数据，通过总控系统进行数据分析得到最终结果。本发明设置了供水系统，在低温裂隙岩体传热试验时考虑到对流传热作用和冰-水相变，能测量低温裂隙岩体的传热性能，从而更安全有效地解决寒区工程遇到的冻岩问题。
进一步的，本发明裂隙岩样与绝热试样箱间填充有微膨胀防水绝缘胶，以防止水流和热流在岩样和试样箱之间的缝隙传递，从而影响试验结果，确保试验结果的准确性。
本发明的方法通过温控系统或总控系统控制试验所需的温度条件，通过水箱控制器或总控系统控制试验所需的供水条件，并监测裂隙岩样温度的时空分布、未冻水含量、水压力及未冻水迁移速度，然后数据分析系统根据所监测数据反算裂隙岩样的等效热传导系数，并绘制出等效热传导系数及各实测参数的变化曲线。本方法能够模拟跟踪低温裂隙岩体的传热性能，简单方便，并考虑了对流传热和相变作用，提高了本发明的试验精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1、供水系统；2、温控系统；3、绝热试样箱；4、数据采集系统；5、总控系统；6、集水箱；7、试样箱支架；8、裂隙岩样；9、水箱控制器；10、可控温水箱；11、保温进水管；12、水箱流量计；13、恒流泵；14、水箱温度计；15、水箱控温板；17、恒温室；18、温度传感器；22、出水流量计；23、出水温度计；24、保温出水管；26、水压传感器；27、未冻水含量传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，包括供水系统1、温控系统2、绝热试样箱3、数据采集系统4、总控系统5和集水箱6。
绝热试样箱3用于放置裂隙岩样8，裂隙岩样8与绝热试样箱3间填充有微膨胀防水绝缘胶，裂隙岩样8的裂隙部位设置有水压传感器26和未冻水含量传感器27，绝热试样箱3上设置有温度传感器18，绝热试样箱3置于温控系统2的恒温室17内，绝热试样箱3通过试样箱支架7固定在恒温室17内，绝热试样箱3通过保温进水管11连接供水系统1，绝热试样箱3通过保温出水管24连接集水箱6，水压传感器26、未冻水含量传感器27和温度传感器18均连接数据采集系统4，数据采集系统4、供水系统1和温控系统2连接总控系统5；供水系统1包括可控温水箱10和水箱控制器9，可控温水箱10上设置有水箱控制器9，水箱控制器9内插入保温进水管11直至可控温水箱10。水箱控制器9内设置有恒流泵13，恒流泵13连接可控温水箱10和保温进水管11，恒流泵13上设置有水箱流量计12，恒流泵13和水箱流量计12均连接水箱控制器9。可控温水箱10内设置有水箱控温板15和水箱温度计14，每隔1min监控温度，水箱控温板15和水箱温度计14均连接水箱控制器9。保温出水管24上设置有出水流量计22和出水温度计23，用来记录温度和流量，出水流量计22和出水温度计23均连接至数据采集系统4。
数据采集系统4用于采集水压传感器26、未冻水含量传感器27、所有温度传感器18、出水流量计22和出水温度计23的数据并转发至总控系统5；总控系统5用于控制供水系统1的流量和温控系统2的温度，以及根据数据采集系统4采集的数据进行数据分析。
一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据试验所需，制作裂隙岩样和无裂隙岩块；
步骤二，采用热学参数测量仪测定无裂隙岩块的比热和热传导系数；
步骤三，将裂隙岩样8按要求放入试样箱并连接温度传感器18，在裂隙岩样8的裂隙部位设置水压传感器26和未冻水含量传感器27，来监测裂隙岩样8的未冻水压力和未冻水含量的变化规律；
步骤四，调节温控系统2或通过总控系统5控制，使恒温室17内的温度符合试验要求；
步骤五，调节水箱控制器9或通过总控系统5控制供水系统1对绝热试样箱3内供水；水箱控制器9和总控系统5持续采集水箱温度计14的数据，当数据小于阈值时，开启水箱控温板15，当数据高于阈值时，关闭水箱控温板15，水箱控制器9和总控系统5实时采集水箱流量计12和出水流量计22的数据，并控制恒流泵13的开闭；
步骤六，数据采集系统4实时采集水压传感器26、未冻水含量传感器27、所有温度传感器18、出水流量计22和出水温度计23的数据并转发至总控系统5；
步骤七，总控系统根据数据采集系统4采集的数据进行数据分析，采用基于能量守恒定律建立的能量守恒方程(由温度边界及冰-水相变传来的能量全部用来改变试样的温度)，及试样温度时空分布、裂隙未冻水含量、未冻水压力和流量，实时给出岩样等效热传导系数等随时间的变化曲线以及等效热传导系数和未冻水含量的关系曲线和拟合公式。数据分析系统的能量守恒方程为
式中C为裂隙岩样的比热，T表示温度，t表示时间，λ为等效热传导系数，nw为未冻水含量，pw为水压力，vw为未冻水迁移速度，L为冰水相变潜热。比热C基于混合物理论计算得到，pw水压力可监测得到，未冻水迁移速度vw根据监测的流量换算而来。
Claims (10)
1.一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，包括供水系统(1)、温控系统(2)、绝热试样箱(3)、数据采集系统(4)、总控系统(5)和集水箱(6)；
绝热试样箱(3)用于放置裂隙岩样(8)，裂隙岩样(8)的裂隙部位设置有水压传感器(26)和未冻水含量传感器(27)，绝热试样箱(3)上设置有温度传感器(18)，绝热试样箱(3)置于温控系统(2)的恒温室(17)内，绝热试样箱(3)通过保温进水管(11)连接供水系统(1)，绝热试样箱(3)通过保温出水管(24)连接集水箱(6)，水压传感器(26)、未冻水含量传感器(27)和温度传感器(18)均连接数据采集系统(4)，数据采集系统(4)、供水系统(1)和温控系统(2)连接总控系统(5)；
数据采集系统(4)用于采集水压传感器(26)、未冻水含量传感器(27)和温度传感器(18)的数据并转发至总控系统(5)；
总控系统(5)用于控制供水系统(1)的水流和温控系统(2)的温度，以及根据数据采集系统(4)采集的数据进行数据分析。
2.根据权利要求1所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，供水系统(1)包括可控温水箱(10)和水箱控制器(9)，水箱控制器(9)设置在可控温水箱(10)上，保温进水管(11)插入水箱控制器(9)内并进入到控温控压水箱(10)内，水箱控制器(9)连接总控系统(5)。
3.根据权利要求2所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，水箱控制器(9)内设置有恒流泵(13)，恒流泵(13)连接可控温水箱(10)和保温进水管(11)，恒流泵(13)上设置有水箱流量计(12)，恒流泵(13)和水箱流量计(12)通过水箱控制器(9)控制。
4.根据权利要求2所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，可控温水箱(10)内设置有水箱控温板(15)和水箱温度计(14)，水箱控温板(15)和水箱温度计(14)均连接水箱控制器(9)。
5.根据权利要求1所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，保温出水管(24)上设置有出水流量计(22)和出水温度计(23)，出水流量计(22)和出水温度计(23)均连接数据采集系统(4)。
6.根据权利要求1所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，裂隙岩样(8)与绝热试样箱(3)间填充有微膨胀防水绝缘胶。
7.根据权利要求1所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统，其特征在于，绝热试样箱(3)通过试样箱支架(7)固定在恒温室(17)内。
8.权利要求1所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据试验所需，制作裂隙岩样和无裂隙岩块；
步骤二，采用热学参数测量仪测定无裂隙岩块的比热和热传导系数；
步骤三，将裂隙岩样(8)按要求放入试样箱并连接温度传感器(18)，在裂隙岩样(8)的裂隙部位设置水压传感器(26)和未冻水含量传感器(27)；
步骤四，调节温控系统(2)或通过总控系统(5)，使恒温室(17)内的温度符合试验要求；
步骤五，调节水箱控制器(9)或通过总控系统(5)控制供水系统(1)对绝热试样箱(3)内供水；
步骤六，数据采集系统(4)实时采集水压传感器(26)、未冻水含量传感器(27)、温度传感器(18)的数据以及出水量和出水温度并转发至总控系统(5)；
步骤七，总控系统根据数据采集系统(4)采集的数据进行数据分析。
9.根据权利要求8所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统的工作方法，其特征在于，步骤五中，总控系统(5)和水箱控制器(9)持续采集水箱温度计(14)的数据，当数据小于阈值时，开启水箱控温板(15)，当数据高于阈值时，关闭水箱控温板(15)。
10.根据权利要求8所述的一种可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统的工作方法，其特征在于，总控系统(6)或水箱控制器(9)实时采集水箱流量计(12)的数据，并控制恒流泵(13)的开闭。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010139853.9A CN111189880A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010139853.9A CN111189880A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111189880A true CN111189880A (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=70705358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010139853.9A Pending CN111189880A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111189880A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111896581A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-11-06 | 西南石油大学 | 一种基于岩石电阻变化的裂纹分布检测方法 |
-
2020
- 2020-03-03 CN CN202010139853.9A patent/CN111189880A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111896581A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-11-06 | 西南石油大学 | 一种基于岩石电阻变化的裂纹分布检测方法 |
| CN111896581B (zh) * | 2020-08-06 | 2022-03-25 | 西南石油大学 | 一种基于岩石电阻变化的裂纹分布检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | A generalized simple model for predicting frost growth on cold flat plate | |
| CN201673133U (zh) | 一种建筑围护结构传热系数检测仪 | |
| CN102818731B (zh) | 一种低温拉伸试验的低温试验系统 | |
| CN104237305B (zh) | 一种岩体热导率测试装置及测试系统 | |
| CN106370816B (zh) | 一种可动态测试土壤脱湿/冻结水分变化特征的试验系统 | |
| CN102852146B (zh) | 大体积混凝土实时在线个性化换热智能温度控制系统及方法 | |
| CN105675450B (zh) | 浮顶原油储罐传热传质过程实验装置及其实验方法 | |
| EP3575718A1 (en) | Using surface heat flux measurement to monitor and control a freeze drying process | |
| CN101736570B (zh) | 一种织物接触冷感测试装置及测试方法 | |
| US11486640B2 (en) | Apparatus and method for developing freeze drying protocols using small batches of product | |
| CN105044147A (zh) | 一种近相变区冻土导热系数测定装置与方法 | |
| CN213022937U (zh) | 一种路表凝冰的模拟检测系统 | |
| CN107655930A (zh) | 可控温复杂边界条件下冻胀参数测定仪 | |
| CN101101270A (zh) | 石油产品凝点测试装置 | |
| CN105973929A (zh) | 一种运用红外相机检测部件内部接触热阻的无损检测方法 | |
| CN111189880A (zh) | 可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法 | |
| Tahavvor et al. | Experimental and numerical study of frost formation by natural convection over a cold horizontal circular cylinder | |
| CN112858138A (zh) | 一种多孔介质冻融过程渗流试验装置及测试方法 | |
| Carey et al. | Direct wind tunnel modelling of natural ventilation for design purposes | |
| CN104749214B (zh) | 一种基于瞬态平面热源法测量液体导热系数的恒温热浴装置 | |
| CN202854601U (zh) | 通水智能温度控制试验系统 | |
| CN108021742A (zh) | 一种考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计方法 | |
| CN202755365U (zh) | 大体积混凝土实时在线个性化换热智能温度控制系统 | |
| CN206756728U (zh) | 一种良导体导热系数实验仪 | |
| CN100585391C (zh) | 一种土壤热参数自动测定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |