一種近相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置和方法，尤其適用于高溫段內(nèi)多個(gè)溫度點(diǎn)下測(cè)量?jī)鐾翆?dǎo)熱系數(shù)變化的近相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量是評(píng)價(jià)凍土材料傳熱性能和熱工穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。現(xiàn)有凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法主要兩類:基于穩(wěn)態(tài)法和基于瞬態(tài)法?；谒矐B(tài)法的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀器測(cè)試原理是測(cè)試探頭瞬間釋放熱量，然后探測(cè)溫升梯度，進(jìn)而計(jì)算被測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)，這對(duì)于低溫狀態(tài)凍土 (溫度遠(yuǎn)離相變區(qū))和融土 (不受相變干擾)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量是可行的，但是近相變區(qū)凍土由于其冰、水相變會(huì)受到儀器探頭瞬間加熱干擾造成測(cè)試結(jié)果失真?；诜€(wěn)態(tài)法的測(cè)試儀器和裝置測(cè)試精度強(qiáng)烈依賴于被測(cè)凍土試樣中溫度分布的線性度，獲得的導(dǎo)熱系數(shù)是定值。而相變區(qū)凍土中形成的溫度梯度和相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)沿凍土高度動(dòng)態(tài)變化。因此，基于穩(wěn)態(tài)法的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定結(jié)果與相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)真實(shí)分布模式與具體量值方面存在本質(zhì)差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]
發(fā)明目的:針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便快捷，精度高的近相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置和方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的目的，本發(fā)明的近相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置，包括兩端開口橫置的管狀土樣室，管狀土樣室兩側(cè)分別設(shè)有起支撐作用的固定板，管狀土樣室內(nèi)部設(shè)有凍土試樣，凍土試樣上安裝有熱流傳感器，管狀土樣室兩端開口處分別設(shè)有冷液循環(huán)板密封凍土試樣，兩側(cè)液體循環(huán)板上分別連接有兩根硅膠管，一側(cè)的冷液循環(huán)板通過兩根硅膠管連接有恒溫裝置I，另一側(cè)的冷液循環(huán)板通過兩根硅膠管連接有恒溫裝置II ;管狀土樣室由內(nèi)到外分別設(shè)有內(nèi)隔熱層、保溫絕熱夾層和外隔熱層，管狀土樣室的圓柱面上按管狀土樣室的對(duì)稱兩側(cè)位置上分別開有兩組各有4個(gè)傳感器孔，開在管狀土樣室一側(cè)位置的傳感器孔內(nèi)安裝有探針型溫度傳感器I，開在管狀土樣室另一側(cè)位置的傳感器孔內(nèi)安裝有探針型溫度傳感器II，探針型溫度傳感器I和探針型溫度傳感器II通過頭部感溫，探針型溫度傳感器I插入至凍土試樣的中間位置，探針型溫度傳感器II插入凍土試樣的表皮即可。
[0005]所述內(nèi)隔熱層為壁厚15?20mm的有機(jī)玻璃管，外隔熱層為壁厚10?15mm的有機(jī)玻璃管，保溫絕熱夾層為聚氯乙烯泡沫塑料空心層或者真空層結(jié)構(gòu)；所述高低溫恒溫液體循環(huán)裝置I和高低溫恒溫液體循環(huán)裝置II型號(hào)為XT5704LT-R30C ;所述探針型溫度傳感器1、探針型溫度傳感器II和熱流傳感器的型號(hào)分別為MF5E-2.202F和GHT-1C。
[0006]一種近相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法，其步驟如下:
a.將與管狀土樣室內(nèi)部空腔尺寸相同的待測(cè)凍土試樣安設(shè)在管狀土樣室中； b.利用冷液循環(huán)板將管狀土樣室兩側(cè)的端口封堵起來(lái)，在凍土試樣的一側(cè)與冷液循環(huán)板之間安裝熱流傳感器，將管狀土樣室兩側(cè)的端口與冷液循環(huán)板的邊緣密封；
C.利用兩根硅膠管將安裝有熱流傳感器的管狀土樣室一側(cè)的冷液循環(huán)板與恒溫裝置I連接，利用另外兩根硅膠管將管狀土樣室另一側(cè)的冷液循環(huán)板與恒溫裝置II連接起來(lái)；
d.將4支探針型溫度傳感器I通過開在管狀土樣室一側(cè)位置的傳感器孔插入至凍土試樣的中間位置，將4支探針型溫度傳感器II通過開在管狀土樣室另一側(cè)的傳感器孔插入凍土試樣的表皮；
e.開啟恒溫裝置I和恒溫裝置II，設(shè)定恒溫裝置I的溫度為近相變區(qū)凍土最低溫度，設(shè)定恒溫裝置II的溫度為近相變區(qū)凍土最高溫度；
f.開啟恒溫裝置I和恒溫裝置II后，利用針型溫度傳感器I和探針型溫度傳感器II采集凍土試樣溫度，并將溫度信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控接收到的溫度信息，當(dāng)數(shù)值變化穩(wěn)定后，連同同一時(shí)間熱流傳感器發(fā)送的數(shù)值信息一并記錄下來(lái)；
g.根據(jù)預(yù)先測(cè)量的凍土試樣截面積S，熱流量Q，相鄰測(cè)點(diǎn)間距H和溫差A(yù)T，以及測(cè)量時(shí)間t，利用公式:QH/(QtAT)計(jì)算不同溫度點(diǎn)下被測(cè)凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0007]有益效果:
1.利用本發(fā)明裝置中溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)被測(cè)凍土試樣實(shí)際條件動(dòng)態(tài)增減，達(dá)到獲得近相變區(qū)多個(gè)溫度點(diǎn)下凍土導(dǎo)熱系數(shù)的目的。
[0008]2.本發(fā)明裝置徑向采用兩層低導(dǎo)熱系數(shù)材料的有機(jī)玻璃桶和保溫絕緣材料保溫，各層中間為空氣夾層，最大限度降低了凍土徑向熱量損失，提高了測(cè)試精度。
[0009]3.本發(fā)明裝置操作簡(jiǎn)單，熱流量測(cè)定可以采用現(xiàn)有熱流計(jì)，也可聯(lián)合現(xiàn)有瞬態(tài)法間接獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0010]附圖1為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)剖面圖；
附圖2為管狀土樣室的立體圖
附圖3為管狀土樣室的截面圖；
附圖4為冷液循環(huán)板的立體圖；
附圖5為熱流傳感器的立體圖；
圖中:冷液循環(huán)板-1，管狀土樣室_2，內(nèi)隔熱層_3，保溫絕熱夾層-4，外隔熱層-5，固定板-6，探針型傳感器1-7，探針型傳感器I1-8，熱流傳感器-9，凍土試樣-10，硅膠管-11，恒溫裝置1-12，恒溫裝置I1-13，傳感器測(cè)試孔-14。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明的近相變區(qū)凍土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置，其包括兩端開口橫置的管狀土樣室2，如圖2所示，管狀土樣室2兩側(cè)分別設(shè)有起支撐作用的固定板6，管狀土樣室2內(nèi)部設(shè)有凍土試樣10，如圖5所示，凍土試樣10上安裝有熱流傳感器9，管狀土樣室2兩端開口處分別設(shè)有冷液循環(huán)板I用來(lái)密封凍土試樣10，兩側(cè)液體循環(huán)板I上分別連接有兩根硅膠管11，如圖4所示，一側(cè)的冷液循環(huán)板I通過兩根硅膠管11連接有恒溫裝置I 12，另一側(cè)的冷液循環(huán)板I通過兩根硅膠管11連接有恒溫裝置II 13 ;如圖3所示，管狀土樣室2由內(nèi)到外分別設(shè)有內(nèi)隔熱層3、保溫絕熱夾層4和外隔熱層5，所述內(nèi)隔熱層3為壁厚15?20mm的有機(jī)玻璃管，外隔熱層5為壁厚10?15mm的有機(jī)玻璃管，保溫絕熱夾層4為聚氯乙烯泡沫塑料空心層或者真空層結(jié)構(gòu)；管狀土樣室2的圓柱面上按管狀土樣室2的對(duì)稱兩側(cè)位置上分別開有兩組各有4個(gè)傳感器孔14，開在管狀土樣室2 —側(cè)位置的傳感器孔14內(nèi)安裝有探針型溫度傳感器I 7，開在管狀土樣室2另一側(cè)位置的傳感器孔14內(nèi)安裝有探針型溫度傳感器II 8，探針型溫度傳感器I 7和探針型溫度傳感器II 8通過頭部感溫，探針型溫度傳感器I 7插入至凍土試樣10的中間位置，探針型溫度傳感器II 8插入凍土試樣10的表皮即可。所述高低溫恒溫液體循環(huán)