CN115184208A - 测试导流网平面导气率的设备及测试方法 - Google Patents

测试导流网平面导气率的设备及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及导气测试技术领域，特别涉及一种测试导流网平面导气率的设备及测试方法，该设备主要包括：气源装置、测试台和压力装置，其中气源装置用于提供测试气体，气源装置上设有气压调节装置；测试台，测试台与气源装置连通，测试台上设有测试腔，用于承载导流网；压力装置，压力装置位于测试台上方，压力装置用于向导流网施加法向压力。本发明解决现有技术中设计人员无法准确选择满足平面导气性能需求的导流网的缺陷，实现根据垃圾填埋场封场的实际工况，选择合适规格的复合导流网，从而避免因导气能力不足导致封场系统被破坏。

Description

测试导流网平面导气率的设备及测试方法
技术领域
本发明涉及导气测试技术领域，特别涉及一种测试导流网平面导气率的设备及测试方法。
背景技术
目前，对生活垃圾（市区固体废弃物）的处理方式通常采用垃圾填埋的方式，填埋垃圾的过程中由于垃圾的发酵会分解出甲烷、二氧化碳等的填埋气体，填埋气体是一种混合气体，无色，并伴随着臭味。由于甲烷浓度在空气中爆炸的下爆炸极限是5%，上爆炸极限是15%，因此填埋气体是非常危险的。所以垃圾填埋气体必须在堆填区的所有可控区域内予以控制，无论是其自动释放或被动地释放，以及在深埋场同时利用两种方法。
因而在垃圾填埋场封场系统中，通常在垃圾堆体上方设有气体导排层，但由于气体导排层的排气能力不足或者没有设置平面气体导排层，施加于导气层上部的防渗层（土工膜）的气体压强过大，有可能导致封场系统产生破坏。封场系统气体导排层可以使用高导排性能复合导流网，但是目前市场上没有专门测试复合导流网平面的导气率的测试设备，因此设计人员无法准确选择合适规格的复合导流网。
发明内容
本发明提供一种测试导流网平面导气率的设备及测试方法，用以解决现有技术中设计人员无法准确选择满足平面导气性能需求的导流网的缺陷，实现根据垃圾填埋场封场的实际工况，选择合适规格的复导流网，从而避免因导气能力不足导致封场系统被破坏。
本发明提供一种测试导流网平面导气率的设备，包括：
气源装置，所述气源装置用于提供测试气体，所述气源装置上设有气压调节装置；
测试台，所述测试台上设有测试腔，用于承载待测导流网，所述测试台的一侧面与所述气源装置连通，使所述测试气体沿着所述导流网的水平方向通过所述导流网；
压力装置，所述压力装置位于所述测试台上方，所述压力装置用于向所述导流网施加法向压力。
在一种可能的实施方式中，所述测试腔内设有密封装置，所述密封装置位于所述导流网四周与所述测试腔内壁之间。
在一种可能的实施方式中，所述测试台的一侧面上设有进气口，所述进气口与所述测试腔连通，所述进气口与所述气源装置连通。
在一种可能的实施方式中，所述测试台上设有气压传感器，用于获得输入所述测试腔内的测试气体的压力。
在一种可能的实施方式中，所述压力装置包括压板和伸缩机构，所述压板的端面与所述伸缩机构固定连接，所述伸缩机构驱动所述压板做靠近或远离所述测试台的运动。
在一种可能的实施方式中，所述气源装置还包括气体流量计，用于获得单位时间内所述测试气体流量。
作为本发明的第二方面，本发明还公开了测试导流网平面导气率的设备的测试方法，包括以下步骤：
将导流网放置于测试台上；
开启密封装置；
启动气源装置，并设定气压梯度；
启动压力装置，并设定压力值；
获取预设时间内的气体流量；
根据所述气体流量和所述气压梯度，计算所述导流网气体平面传导系数；
根据所述气体平面传导系数计算导流网的平面导气率。
在一种可能的实施方式中，所述计算导流网气体平面传导系数，具体还包括：根据达西方程，在层流情况下，计算导流网气体平面传导系数，其公式如下：
Figure 181315DEST_PATH_IMAGE001
式中，Q表示单位时间内测试气体流量，单位为
Figure 176953DEST_PATH_IMAGE002
或
Figure 455619DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 840462DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网气体平面传导系数；
i表示设备进气口和出气口的气压梯度，单位为m/m；
A表示设备出气口的宽度和试样设定法向压力下的残余厚度的乘积，单位为
Figure 312900DEST_PATH_IMAGE005
。
在一种可能的实施方式中，所述计算导流网的平面导气率，通过如下公式的得到：
θ=kf T
式中，θ表示导流网测试气体的导气率单位为㎡/s；
Figure 643388DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网测试气体平面传导系数；
T为导流网在测试法向压力下的残余厚度。
在一种可能的实施方式中，所述启动压力装置，并设定压力值，具体包括：
根据实际工况，设定法向压力值为20Kpa-1000Kpa。
在一种可能的实施方式中，所述启动气源装置，并设定气压梯度，具体包括：
根据填埋场实际工况，一般设定气压梯度为3和33。
本发明提供的一种测试导流网平面导气率的设备及测试方法，通过将导流网放置于测试腔内，并对导流网施加一定的法向压力，将测试气体输入导流网内，从而对导流网平面导气率进行检测，实现根据垃圾填埋场封场的实际工况，选择合适规格的复合导流网，从而避免因导气能力不足导致封场系统被破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的测试导流网平面导气率的设备的结构示意图；
图2是本发明提供的测试台的结构示意图；
图3是本发明提供的密封装置的结构示意图；
图4是本发明提供的压力装置的结构示意图；
图5是本发明提供的测试导流网平面导气率的测试方法的流程示意图。
附图标记：100、测试台；110、测试腔；120、进气孔；130、出气孔；140、气压传感器；200、压力装置；210、压板；221、固定杆；222、伸缩杆；223、横板；224、连接杆；225、弹性件；300、气源装置；310、气压调节装置；320、流量计；400、密封装置；500、导流网。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面参考图1-4详细描述本发明公开的一种测试导流网平面导气率的设备的第一实施例。
如图1-2所示，本实施例主要包括气源装置300、测试台100和压力装置200。
如图2所示，测试台100呈矩形，在测试台100上设有可容纳导流网500的测试腔110，其中在测试腔110的一侧壁上设有若干个进气孔120，以及与设有进气孔120相对的一侧壁上设有出气孔130。在进气孔120的上方还有气压传感器140，用于检测进入测试腔110内的气体压力值。
进一步，可在导流网的上下端面上设有土工膜，或是将导流网处于实际工况的状态下，进行导流网平面导气测试，从而使测试结果更加准确。
压力装置200位于测试台100的上方，用于向导流网施加法向压力。压力装置200包括压板210和伸缩机构，压板210位于测试腔110上方，且测试腔110可完全容纳压板210，伸缩机构驱动压板210做靠近或远离测试腔110的运动。
进一步，压力装置200还包括压力传感器，压力传感器用于获取压板210对导流网的法向压力值。
气源装置300设置在测试台100的一侧，用于向测试腔110内提供测试气体，气源装置300包括气体源和气压调节装置310，气体源的出进口与气压调节装置310的进气口通过管道连通，气压调节装置310的出气口与测试台100的进气孔120通过管道连通，其在气压调节装置310侧出气口与测试台100的进气孔120之间的管道上设有流量计320，用于获取进入测试台100内的气体流量。
如图3所示，在一种实施方式中，在测试腔110内设有密封装置400，用于防止测试气体从导流网的周围溢出。
进一步，密封装置400可采用密封气囊，在密封气囊上设有充气口，将导流网放置于测试腔内，将密封气囊位于导流网500四周侧壁与测试腔110内壁之间的空隙中，通过充气口对密封气囊充气，使其导流网的四周侧壁与测试腔内壁之间无间隙。
进一步，压力装置的压板向导流网施加法向压力，使压板与导流网的抵接面与测试腔的底面对导流网形成竖直方向的密封作用，密封装置对导流网的四周进行密封，从而确保测试气体只能从测试腔的出气孔出气。
如图4所示，在一种实施方式中，压力装置200中的伸缩机构包括两个伸缩件和固定件，伸缩件包括固件杆、伸缩杆222和横板223，固定杆221内设有伸缩腔，伸缩杆222的一端可伸缩插入伸缩腔内，固定杆221与伸缩杆222之间设有弹性件225，伸缩杆222靠近固定杆221的一端设有阶梯杆，弹性件225套设于阶梯杆外侧壁上，弹性件225的一端与固定件靠近伸缩杆222的一端面抵接，另一端与阶梯杆靠近伸缩杆222的一端面抵接。两个伸缩件分别位于测试台100两侧，固定件位于伸缩件上方，且与两个伸缩件形成“门”型支架。固定件上固接有连接杆224，连接杆224的一端与固定件朝向测试台100的一端面固定连接，另一端与压板210固定连接。通过伸缩杆222在固定杆221内沿固定杆221的轴线方向运动，从而带动压板210做靠近或远离测试台100的运动。
进一步，弹性件225可采用弹簧。
进一步，连接杆224可采用伸缩杆222或气缸等的可伸缩机构。
下面对本发明提供的一种测试导流网平面导气率的测试方法进行描述，下文描述的测试方法与上文描述的测试导流网平面导气率的设备可相互对应参照。
如图5所示，本实施例主要包括以下步骤：
S100、将导流网放置于测试台上。
在步骤S100中，可将导流网直接放置于测试台的测试腔内，也可将在导流网的上下两端面上均设有土工膜之后的导流网放置于测试腔内。
S200、开启密封装置。
在步骤S200中，将密封装置中的密封气囊放置于导流网四周和测试腔内壁的间隙之间。通过外接设备连接密封气囊的充气口，对密封气囊进行充气，直至导流网的四周与测试腔内壁之间无间隙，避免测试气体从导流网的四周溢出，影响测试的准确度。
S300、启动气源装置，并设定气压梯度。
在步骤S300中，首先，根据导流网所使用的环境，选择相应的气源，一般的气源为空气或LFG（填埋气）。
其次，根据填埋场实际工况，一般设定气压梯度值为3和33，其中，该气体梯度为比值无量纲。开启气源体阀门，通过气压调节装置设定气源压力值。
进一步，气压梯度是试样进气口和出气口的气压差，有气压差即气压梯度，气体才流动，设置气压差是为了模拟实际工程需要，通过其气源装置设置。
S400、启动压力装置，并设定压力值。
在步骤S400中，首先根据实际工况，也就是根据在垃圾填埋场结构中上覆材料和覆盖土层的压力，设定符合工况的法向压力值，一般设定为20Kpa-1000Kpa。
其中，启动压力装置使其压板对导流网施加的法向压力值为设定的实际工况压力值。
进一步，通过界面安全系数可计算出实际工况的压力值，实际工况的压力值即为允许的填埋场气体压力值，其具体的表达公式如下：
Figure 183084DEST_PATH_IMAGE006
其中，FS表示安全系数；
Figure 563994DEST_PATH_IMAGE007
表示土工膜和土界面粘聚力；
Figure 680986DEST_PATH_IMAGE008
表示垂于边坡覆盖土层残余厚度；
Figure 273553DEST_PATH_IMAGE009
表示覆盖土层总重；
Figure 713762DEST_PATH_IMAGE010
表示坡倾角；
Figure 861977DEST_PATH_IMAGE011
表示垃圾填埋场气体压力；
Figure 449953DEST_PATH_IMAGE012
表示土工膜和土之间的摩擦角。
S500、获取预设时间内的气体流量。
在步骤500中，通过设置在气压调节装置气口与测试台的进气孔之间的管道上设有流量计，获取一定单位时间内测试气体的流量。
S600、根据气体流量和所述气压梯度，计算导流网气体平面传导系数。
在步骤S600中，根据达西方程，在层流情况下，计算导流网气体平面传导系数，其公式如下：
Figure 840352DEST_PATH_IMAGE013
式中，Q表示单位时间内测试气体流量，单位为
Figure 682537DEST_PATH_IMAGE002
或
Figure 782081DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 185249DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网气体平面传导系数；
i表示设备进气口和出气口的气压梯度，单位为m/m；
A表示设备出气口的宽度和试样设定法向压力下的残余厚度的乘积，单位为
Figure 864492DEST_PATH_IMAGE005
。
进一步，气体密度和粘度等数据与温度有关，在计算时，取值应参考测试温度。
S700、根据气体平面传导系数计算导流网的平面导气率。
在步骤S700中，计算导流网的平面导气率，通过如下公式的得到：
θ=kf T
式中，θ表示导流网测试气体的导气率单位为㎡/s；
Figure 325298DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网测试气体平面传导系数；
T为导流网在测试法向压力下的残余厚度。
进一步，一般测试使用空气进行测试，在换算成填埋气，或直接使用实际填埋气体成分进行测试。
进一步，在步骤S700中，根据导流网的平面导气率，可选择合适的高导排性能复合导气材料（土工复合导流网）。
在一种可能的实施方式中，在层流情况下，导流网在不同流体中的导气率
Figure 533425DEST_PATH_IMAGE014
，可由以下公式计算得到：
首先，获得导流网平面传导系数，其中，导流网平面传导系数与测试用气体有关，如下公式所示：
Figure 581147DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 307489DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网气体平面传导系数；
Figure 45638DEST_PATH_IMAGE016
表示导流网固有渗透系数，单位为
Figure 221404DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 959684DEST_PATH_IMAGE017
表示测试气体密度，单位为
Figure 246309DEST_PATH_IMAGE018
；
g表示重力加速度，单位为m/
Figure 134237DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 762796DEST_PATH_IMAGE020
表示测试气体动力粘度，单位为
Figure 237640DEST_PATH_IMAGE021
。
其次，通过平面传导系数，获得导流网的平面导气率，其计算公式如下：
θ=kf T
式中，θ表示导流网测试气体的平面导气率单位为㎡/s；
Figure 577223DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网测试气体平面传导系数；
T为导流网在测试法向压力下的残余厚度。
在一种可能的实施方式中，由测试气体的平面导气率得到填埋气体的平面导气率可由以下公式计算得到：
Figure 24385DEST_PATH_IMAGE022
式中，
Figure 276375DEST_PATH_IMAGE023
表示导流网测试用气体平面传导系数；
Figure 989247DEST_PATH_IMAGE024
表示导流网填埋气平面传导系数；
Figure 883254DEST_PATH_IMAGE025
表示导流网测试用气体导气率；
Figure 112153DEST_PATH_IMAGE026
表示导流网天填埋气体导气率；
Figure 800623DEST_PATH_IMAGE027
表示测试用气体密度；
Figure 499327DEST_PATH_IMAGE028
表示填埋气密度；
Figure 931445DEST_PATH_IMAGE029
表示测试用气体粘度；
Figure 635090DEST_PATH_IMAGE030
表示填埋气粘度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种测试导流网平面导气率的设备，其特征在于，包括：
气源装置，所述气源装置用于提供测试气体，所述气源装置上设有气压调节装置；
测试台，所述测试台上设有测试腔，用于承载待测导流网，所述测试台的一侧面与所述气源装置连通，使所述测试气体沿着所述导流网的水平方向通过所述导流网；
压力装置，所述压力装置位于所述测试台上方，所述压力装置用于向所述导流网施加法向压力。
2.根据权利要求1所述的测试导流网平面导气率的设备，其特征在于，所述测试腔内设有密封装置，所述密封装置位于所述导流网四周与所述测试腔内壁之间。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的测试导流网平面导气率的设备，其特征在于，所述测试台的一侧面上设有进气口，所述进气口与所述测试腔连通，所述进气口与所述气源装置连通。
4.根据权利要求1所述的测试导流网平面导气率的设备，其特征在于，所述测试台上设有气压传感器，用于获得输入所述测试腔内的测试气体的压力。
5.根据权利要求1所述的测试导流网平面导气率的设备，其特征在于，所述压力装置包括压板和伸缩机构，所述压板的端面与所述伸缩机构固定连接，所述伸缩机构驱动所述压板做靠近或远离所述测试台的运动。
6.根据权利要求1所述的测试导流网平面导气率的设备，其特征在于，所述气源装置还包括气体流量计，用于获得单位时间内所述测试气体流量。
7.一种测试导流网平面导气率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
将导流网放置于测试台上；
开启密封装置；
启动气源装置，并设定气压梯度；
启动压力装置，并设定压力值；
获取预设时间内的气体流量；
根据所述气体流量和所述气压梯度，计算所述导流网气体平面传导系数；
根据所述气体平面传导系数计算导流网的平面导气率。
8.根据权利要求7所述的测试导流网平面导气率的测试方法，其特征在于，所述计算导流网气体平面传导系数，具体还包括：根据达西方程，在层流情况下，计算导流网气体平面传导系数，其公式如下：
Figure 239392DEST_PATH_IMAGE001
式中，Q表示单位时间内测试气体流量，单位为
Figure 218849DEST_PATH_IMAGE002
或
Figure 316030DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 773556DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网气体平面传导系数；
i表示设备进气口和出气口的气压梯度，单位为m/m；
A表示设备出气口的宽度和试样设定法向压力下的残余厚度的乘积，单位为
Figure 728874DEST_PATH_IMAGE005
。
9.根据权利要求7所述的测试导流网平面导气率的测试方法，其特征在于，所述计算导流网的平面导气率，通过如下公式的得到：
θ=kf T
式中，θ表示导流网测试气体的导气率单位为㎡/s；
Figure 862921DEST_PATH_IMAGE004
表示导流网测试气体平面传导系数；
T为导流网在测试法向压力下的残余厚度。
10.根据权利要求7所述的测试导流网平面导气率的测试方法，其特征在于，所述启动压力装置，并设定压力值，具体包括：
根据实际工况，设定法向压力值为20Kpa-1000Kpa。
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