CN205210001U - 导热系数测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种导热系数测定装置，技术方案包括装有待测试样的压力室，所述压力室的底部设有加热装置，所述待测试样的底部平面上设有热流密度传感器和至少一个第一测温传感器，所述待测试样内还设有至少一个第二测温传感器，所述第二测温度器的垂直高度大于第一测温传感器，所述待测试样的上方还设有加压装置。本实用新型结构简单、使用方便、调试简单，各元件可拆卸，易维护。

Description

导热系数测定装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量不同固结压力条件下土壤的导热系数的导热系数测定装置。

背景技术

土壤热物性测试理论与方法一直是土壤源热泵研究的一个重点。由于土壤热物性是埋管换热器设计的基础数据，在计算埋管换热器的传热时，必然会用到地下数十米甚至数百米地层的热物理性质。因此，室内测试法一个很大的困难就是不能确定在地下一定深度的土壤热学性质参数。目前测定导热系数的方法可以分为瞬态法和稳态法，稳态法需先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。根据傅立叶定律，已知通过热流量和温度梯度及加热面积，即可求出材料的热导率。稳态方法有稳态平板法、圆球法和分割棒法等。瞬态法属于非稳态法，根据非稳态热传导的原理，在待测的试样中引进一个具有一定几何形状(球形、圆柱形或平板等)的稳定热源，通过测量元件表面温度及试样温度随时间的变化关系，求出试样的热导率。目前常用的非稳态热导率测试方法主要有:热线法，瞬态热带法及瞬态板热源法。

现有的室内测试法只能对土壤在不同含水量、不同干密度的状态下的导热系数进行测定，均不能以工程实际土壤为研究对象，测量不同固结压力下包括大粒径颗粒在内的土壤，用于分析地应力、水饱和度等因素对土壤热学性质的影响。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、方便实用、可靠性好、准确性高的可以测量不同固结压力下包括大粒径颗粒在内的砂土导热系数的导热系数测定装置。

技术方案包括装有待测试样的压力室，所述压力室的底部设有加热装置，所述待测试样的底部平面上设有热流密度传感器和至少一个第一测温传感器，所述待测试样内还设有至少一个第二测温传感器，所述第二测温度器的垂直高度大于第一测温传感器，所述待测试样的上方还设有加压装置。

所述加热装置顶面铺有导热板。

热流密度传感器位于待测试样的底部平面的中心位置上。

所述待测试样内部均分为多层，相邻两层之间的平面上设有至少一个第二测温传感器。

所述加压装置经传力板与待测试样顶部平面接触。

所述传力板底面设有透水板。

所述压力室的底面和周部均铺设有隔热保温膜，所述加热装置位于压力室的底面的隔热保温膜上方。

所述加热装置用于为待测试样加热，可以使用薄膜加热片等各种现有加热装置，所述导热板有利于热量的均匀传导；所述透水板用于吸收待测试样受压后渗出的水分；所述加压装置用于为待测试样提供不同的固结压力；在待测试样的底部平面上设有热流密度传感器用于采集待测试样的热流密度数值；测温传感器至少包括第一测温传感器和第二测温传感器，第一测温传感器也位于待测试样的底部平面，与热流密度传感器保持同一水平面。在待测试样内还需设置至少一个第二测温传感器，第二测温传感器的设置位置应高于第一测温传感器，通过测量两者之间的垂直高度差，结合两个测温传感器采集的数据，可以代入公式q为热流密度值，ΔT为第一测温传感器值与第二测温传感器值之差，d为两个测温传感器的垂直高度差，λ为所测导热系数。

进一步的，为了提高分析数据的准确客观，可以将待测试样内部均分为多层，相邻两层之间的平面上设有至少一个第二测温传感器，用于采集待测试样内不同层面上(不同垂直高度)的温度数据。并且，当同一平面中布置有多个测温传感器时，最好采用均布的形式，获取该层温度值时，可计算该层中多个测温传感器采取数据的平均值。

有益效果：

采用本实用新型可模拟深层土壤在初始地应力下的导热系数的测定，通过获得不同固结压力下待测试样不同平面的温度数据和热流密度数据，根据稳态法测试理论，利用相关公式，用于分析包括大粒径颗粒在内的砂土的导热系数，从而了解其热学性质，本实用新型结构简单、使用方便、调试简单，各元件可拆卸，易维护。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为热流密度传感器3和第一测温传感器5的安装示意图；

图3为第二测温传感器的安装示意图。

1-加热装置、2-导热板、3-热流密度传感器、4-待测试样、5-第一测温传感器、6-压力室、7-透水板、8-传力板、9-加压装置、10-第二测温传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：

参见图1，压力室6内装有待测试样4(为待测试的土壤)，所述压力室6内待测试样填装的直径与高度比值大于5(本实施例中为7)。所述压力室6优选采用直接剪切试验机用的试样室，其盒体周部具有开缝环，可由此引出导线，本领域技术人员也可根据需要选择合适结构的压力室，这里不作特别限定，所述压力室4的底面和周部均铺设有隔热保温膜(由于隔热保温膜较薄，图中难以示出，故省略)。所述压力室6底面的隔热保温膜上设有加热装置1(本实施例中为薄膜加热片，根据需要还可以隔热保温膜与加热装置1之间加设具有防压防水作用的隔热板以提高隔热效果，图中未示出)，所述加热装置1上铺有导热板2，待测试样4的底面与导热板2接触，所述待测试样4的底部平面的中心位置上设有热流密度传感器3，还设有多个第一测温传感器5(本实施例中为3个，参见图2)，所述待测试样4内部也由下至上均分为两层(也可分为两层以上)，相邻两层之间的水平面上设有至少第二测温传感器10(本实施例中为3个，参见图1)，所述底面的第一测温传感器5与所述第二测温传感器10之间的垂直高度差为8cm。加压装置9经传力板8、透水板7与待测试样4的顶部平面接触。

下面以由某地采集的土壤(含水率30％和含石率30％的砂土)作为待测试样，将其装入本实用新型的压力室6内作为待测试样进行检测，填装后待测试样的直径与高度比值大于5，具体步骤如下：

1.控制加压装置9分级施加固结压力p，分别为90KN、180KN、270KN、360KN，每级固结时间为12h；

2.以p＝90KN为例，在施加完成后读取沉降量，打开加热装置1，加热时间为6h；

3.记录并计算3个第一测温传感器5的采集数据的平均值和3个第二温度传感器采集数据的平均值，并进一步计算两个平均值的温度差ΛT＝-11.5℃，热流密度传感器检测热流密度值，热流密度值q为300w/mm²；

7.根据公式得出固结压力＝90KN的条件下，导热系数λ＝2.08W/(m·K)；

8.重复步骤4-7,改变不同固结压力，根据公式算出相应的导热系数，从而可以分析得到不同固结压力时不同含水率和含石率的砂土(即待测试样)的导热系数。

另，本实施例中，第二测温传感器10仅布置了一层，若布置多层，则根据不同层高下对应的第二测温传感器10与第一测温传感器5的温度差和垂直高度差d，将其带入所述公式，即可计算出多个导热系数，取其平均值即为该固结压力下的导热系数，以提高并验证测定的准确性。

Claims (8)

1.一种导热系数测定装置，包括装有待测试样的压力室，其特征在于，所述压力室的底部设有加热装置，所述待测试样的底部平面上设有热流密度传感器和至少一个第一测温传感器，所述待测试样内还设有至少一个第二测温传感器，所述第二测温度器的垂直高度大于第一测温传感器，所述待测试样的上方还设有加压装置。

2.如权利要求1所述的导热系数测定装置，其特征在于，所述加热装置顶面铺有导热板。

3.如权利要求1所述的导热系数测定装置，其特征在于，热流密度传感器位于待测试样的底部平面的中心位置上。

4.如权利要求1所述的导热系数测定装置，其特征在于，所述待测试样内部均分为多层，相邻两层之间的平面上设有至少一个第二测温传感器。

5.如权利要求1-4任一项所述的导热系数测定装置，其特征在于，所述加压装置经传力板与待测试样顶部平面接触。

6.如权利要求5所述的导热系数测定装置，其特征在于，所述传力板底面设有透水板。

7.如权利要求1所述的导热系数测定装置，其特征在于，所述压力室的底面和周部均铺设有隔热保温膜，所述加热装置位于压力室的底面的隔热保温膜上方。

8.如权利要求1-4任一项所述的导热系数测定装置，其特征在于，所述压力室内待测试样填装的直径与高度比值大于5。