• 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
    • / 10
    • 下载费用:30 金币  

    重庆时时彩合法吗: 岩土层分层导热系数测试方法.pdf

    关 键 词:
    岩土 分层 导热 系数 测试 方法
      专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    摘要
    申请专利号:

    CN201611061139.2

    申请日:

    2016.11.28

    公开号:

    CN106770439A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 25/20申请日:20161128|||公开
    IPC分类号: G01N25/20 主分类号: G01N25/20
    申请人: 南京大学; 南京大学(苏州)高新技术研究院
    发明人: 李晓昭; 赵鹏; 王斌; 李明洪
    地址: 210093 江苏省南京市鼓楼区汉口路22号
    优先权:
    专利代理机构: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 唐绍焜
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611061139.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了一种在不扰动地层的情况下准确获得岩土体的热物性参数,测得分层的土壤导热系数的岩土层分层导热系数测试方法。通过钻机钻孔,在U型地埋管进出水口管道中分别安装测温电缆;在测温电缆上布设若干测温探头作为测点;通过测温探头测了各个测点的进出水口温度并根据线热源理论,通过斜率法计算得到各测点以下地层的平均导热系数;并依此计算得到各地层的导热系数。在不扰动地层的情况下准确获得岩土体的热物性参数,测得土壤各分层的导热系数,了解地下土壤结构及地下水流动情况,了解地下埋管换热器的换热能力,为地源热泵系统的设计提供基础参数,以保障系统长期高效运行。

    权利要求书

    1.岩土层分层导热系数测试方法,其特征在于:包括步骤:
    (1)通过钻机钻孔,在U型地埋管进出水口管道中分别安装测温电缆;在所述测温电缆
    上布设若干测温探头作为测点;所述进出水口管道中测温电缆上的测温探头互相对应,将
    地层划分为不同地层;
    (2)介质在所述地埋管内持续流动,通过测温探头测得各测点的进出水口温度;所述各
    测点的进出水口温度分别由所述进出水口管道中该测点所在的测温探头测得;
    (3)根据线热源理论,通过斜率法计算得到各测点以下地层的平均导热系数;并依此计
    算得到各地层的导热系数。
    2.根据权利要求1所述的岩土层分层导热系数测试方法,其特征在于:所述步骤3斜率
    法计算岩土综合导热系数过程如下:
    线热源模型的钻孔壁温为:
    <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <mi>H</mi> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>&pi;&lambda;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>E</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>&rho;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>16</mn> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>&tau;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    式中,Q为定加热功率;T0为岩土平均原始温度;ρs为土壤密度;Cs为土壤比热;τ为时间;
    H为钻孔埋管深度;db为钻孔直径;λs为岩土综合导热系数;是指数积分函数;
    钻孔外岩土的导热热阻则
    <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <mi>H</mi> </mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    其中,Tf为循环流体平均温度,Tin为地埋管进水温度,Tout为地埋管出水
    温度;Rb为钻孔内传热热阻;
    根据(1)(2),导出τ时刻循环介质平均温度:
    <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <mi>H</mi> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>&pi;&lambda;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>E</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>&rho;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>16</mn> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>&tau;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    当定加热功率条件下,式(3)可表示为时间对数的线性方程:
    Tf=K·ln(t)+b (4)
    其中,地埋管进出水平均温度与时间对数的线性拟合直线的斜率拟
    合直线的纵轴截距式中,a为热扩散率,
    由线性拟合直线的斜率可得到岩土综合导热系数为:
    3.根据权利要求1所述的岩土层分层导热系数测试方法,其特征在于:所述测温电缆上
    的测温探头间距为8~10米。
    4.根据权利要求1所述的岩土层分层导热系数测试方法,其特征在于:所述测温电缆上
    的测温探头数量为11个,将地层划分为10个地层。

    说明书

    岩土层分层导热系数测试方法

    技术领域

    本发明涉及岩土层分层导热系数测试方法。

    背景技术

    岩土体热物性参数可以通过钻孔取样在实验室中测量,但采集后的试样已与地下
    时的实际情况发生了很大变化,包括结构、水分含量等已有相当差别,且试样也不能反应相
    当深度地下岩石和土壤的总体状况,测得的结果难以用于工程实际。

    传统的热响应测试技术只能监测进出水口的温度,粗略估算整个地层的换热能
    力。实际地层地质情况比较复杂,100m之内的深度多达10个不同性质的岩土层,如何知道不
    同深度地层的换热能力,找出优势换热层,对地源热泵的设计有关重要的作用。

    目前,国内现有的实验测试设备及测试方法主要通过热响应实验获得地下土壤综
    合的、平均的导热系数。这种测试及数据分析方法在一定程度上受到环境等客观因素的影
    响,且不能真实的反映不同地层换热情况。分层测温技术国内外研究较少,如能在不扰动地
    层的情况下准确获得岩土体的热物性参数,了解地下埋管换热器的换热能力,为地源热泵
    系统的设计提供基础参数,以保障系统长期高效运行。

    将该系统测试思路运用到实际工程测试中,测得分层的土壤导热系数。了解地下
    土壤结构及地下水流动情况,从而为地埋管换热器选址、更大限度的利用浅层地热能提供
    科学依据,为推广地源热泵技术做出贡献。

    土壤热物性参数包括:土壤导热系数、体积比热容、土壤热阻,导热系数对于地源
    热泵设计起着关键性的作用。当地下岩土的导热系数发生10%的偏差,则设计的地下埋管
    长度偏差为4.5%~5.8%。埋管长度的偏差将导致钻孔总长度的变化。

    地埋管换热器的设计计算,主要是在地埋管换热器的整个使用生命周期内,管内
    循环液从地下土壤中提取的热量或冷量都要在设计要求的范围内,根据这一要求计算地埋
    管换热器的总长度。

    地埋管换热器的管材选用PE管,测温电缆选用分布式测温电缆,较传统的测温电
    缆具有接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点。

    发明内容

    本发明针对上述技术问题,提供了一种在不扰动地层的情况下准确获得岩土体的
    热物性参数,测得分层的土壤导热系数的岩土层分层导热系数测试方法。

    本发明采用如下技术方案予以实现:

    岩土层分层导热系数测试方法,包括步骤:

    (1)通过钻机钻孔,在U型地埋管进出水口管道中分别安装测温电缆;在所述测温
    电缆上布设若干测温探头作为测点;所述进出水口管道中测温电缆上的测温探头互相对
    应,将地层划分为不同地层;

    (2)介质在所述地埋管内持续流动,通过测温探头测得各测点的进出水口温度;所
    述各测点的进出水口温度分别由所述进出水口管道中该测点所在的测温探头测得;

    (3)根据线热源理论,通过斜率法计算得到各测点以下地层的平均导热系数;并依
    此计算得到各地层的导热系数。

    所述步骤3斜率法计算岩土综合导热系数过程如下:

    线热源模型的钻孔壁温为:


    式中,Q为定加热功率;T0为岩土平均原始温度;ρs为土壤密度;Cs为土壤比热;τ为
    时间;H为钻孔埋管深度;db为钻孔直径;λs为岩土综合导热系数;是指数积分
    函数;

    钻孔外岩土的导热热阻则


    其中,Tf为循环流体平均温度,Tin为地埋管进水温度,Tout为地埋管
    出水温度;Rb为钻孔内传热热阻;

    根据(1)(2),导出τ时刻循环介质平均温度:


    当定加热功率条件下,式(3)可表示为时间对数的线性方程:

    Tf=K·ln(t)+b (4)

    其中,地埋管进出水平均温度与时间对数的线性拟合直线的斜率
    拟合直线的纵轴截距式中,a为热扩散率,

    由线性拟合直线的斜率可得到岩土综合导热系数为:

    所述测温电缆上的测温探头间距为8~10米。

    所述测温电缆上的测温探头数量为11个,将地层划分为10个地层。

    本发明具有如下优点:

    本发明在不扰动地层的情况下准确获得岩土体的热物性参数,测得土壤各分层的
    导热系数,了解地下土壤结构及地下水流动情况,了解地下埋管换热器的换热能力,为地源
    热泵系统的设计提供基础参数,以保障系统长期高效运行。

    附图说明:

    图1是本发明方法示意图。

    图2是本发明热响应试验在加热功率状态下得到的管内流体平均温度Tf与测试时
    间τ的变化曲线。

    图3是本发明热响应试验进出水平均温度时间对数变化曲线。

    具体实施方式:

    如图1所示,通过钻机钻孔,在U型地埋管进出水口管道中分别安装测温电缆,U型
    地埋管连同测温电缆一起下放进钻孔中,然后回填。

    测温电缆长度为100m,在第2m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m处
    共布设11个温度传感器,对应测温电缆1为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、k共11个探头,同样测温
    电缆2为A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1、J1、k1共11个探头,把地层分为2-10m、10-20m、20-
    30m、30-40m、40-50m、50-60m、60-70m、70-80m、80-90m、90-100m共10个地层。

    地埋管由右侧进水经过与土壤换热之后由左侧流出,然后流至右侧进水口,如此
    反复循环的与土壤热交换,最终实现换热器进出水口水温的稳定。

    地埋管换热器内介质持续流动,测温传感器能持续不断地监测介质温度,对于右
    侧地层1来说,A1监测得到的温度可看做进水口温度,B1监测得到的温度可看做出水口温
    度,以此类推对于右侧地层2来说,B1监测得到的温度可看做进水口温度,C1监测得到的温
    度可看做出水口温度.......,对于右侧地层10来说,J1监测得到的温度可看做进水口温
    度,k1监测得到的温度可看做出水口温度。对于左侧地层10来说,k监测得到的温度可看做
    进水口温度,J监测得到的温度可看做出水口温度,对于左侧地层9来说,J监测得到的温度
    可看做进水口温度,I监测得到的温度可看做出水口温度......,对于左侧地层1来说,B监
    测得到的温度可看做进水口温度,A监测得到的温度可看做出水口温度。

    根据线热源理论,常用斜率法来计算岩土综合导热系数:

    线热源模型的钻孔壁温为:


    式中,Q为定加热功率(W);T0为岩土平均原始温度(℃);ρs为土壤密度(kg/m3);Cs
    为土壤比热[J/(kg·K)];τ为时间(s);H为钻孔埋管深度(m);db为钻孔直径(m);λs为岩土综
    合导热系数[W/(m·k)];是指数积分函数,当时间足够长,即时,
    γ是欧拉常数,γ≈0.577216;

    钻孔外岩土的导热热阻则


    其中,Tf为循环流体平均温度(℃),Tin为地埋管进水温度(℃),Tout
    为地埋管出水温度(℃);Rb为钻孔内传热热阻(m·k/W);

    根据(1)(2),可以导出τ时刻循环介质平均温度:


    当定加热功率条件下,式(3)可表示为时间对数的线性方程:

    Tf=K·ln(t)+b (4)

    其中,t为时间,地埋管进出水平均温度与时间对数的线性拟合直线的斜率
    拟合直线的纵轴截距式中,a为热扩
    散率(m2/s),

    由线性拟合直线的斜率可得到岩土综合导热系数为:

    线热源斜率法导热系数算例:100m深单U管试验孔在加热功率状态下得到的管内
    流体平均温度Tf与测试时间τ的变化曲线如图2,舍去初期10h数据后得到Tf~ln(τ)关系曲
    线如图3,经直线拟合得到K=2.235,平均加热功率Q=5.183kW,最终计算得到该孔综合导
    热系数λs=1.85W/(m·K)。

    对于右侧地层来说,A1测点以下平均导热系数为λ1,B1测点以下平均导热系数为λ
    2,C1测点以下平均导热系数为λ3.......,J1测点以下平均导热系数为λ10

    求λ1的方法:是A1进水口温度,A出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    求λ2的方法:是B1进水口温度,B出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    求λ3的方法:是C1进水口温度,C出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    ........

    求λ10的方法:是J1进水口温度,J出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    所以右侧地层1导热系数:

    右侧地层2导热系数:

    ........

    右侧地层10导热系数:λ10。

    其中LAB、LBC、.......、LJK为该段地埋管的管长。

    对于左侧地层来说,J测点以下平均导热系数为λ10,I测点以下平均导热系数为λ
    9,H测点以下平均导热系数为λ8.......,A测点以下平均导热系数为λ1

    求λ10的方法:是J1进水口温度,J出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    求λ9的方法:是I1进水口温度,I出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    求λ8的方法:是H1进水口温度,H出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    ........

    求λ1的方法:是A1进水口温度,A出水口温度,根据导热系数的计算方法求得。

    所以左侧地层1导热系数:

    左侧地层2导热系数:

    ........

    左侧地层10导热系数:λ10。

    以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人
    员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应
    视为本发明的?;し段?。

    关于本文
    本文标题:岩土层分层导热系数测试方法.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-6003154.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    [email protected] 2017-2018 www.4mum.com.cn网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
     


    收起
    展开
  • 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
  • 舟山清墩星空棋牌 王中王论坛平特肖 天津时时彩全国开奖 正好彩票网黑龙江11选5开奖结果 k5国际娱乐 股票行情实时查询601857 辽宁11选5开奖直播 2018年斯诺克英锦赛 河北十一选五开奖结果走势图 360篮球比分直播网 彩票走势网首页 陕西十一选五中奖规则 网球比分板怎么看 股票融资和质押 极速11选5直播 关于篮球的小说排行榜