现场热响应试验测定导热系数的影响因素分析

通过对嘉兴市一试验井分别进行连续15 d和6.25 d的岩土热响应试验,研究了测试时间、舍弃初始时间、加热功率对埋管深度范围内岩土体导热系数测试的影响。结果表明,测试时间为72~96 h时测得的导热系数比较稳定;确定舍弃初始时间时要结合加热功率;加热功率越大,导热系数越小。     

加热功率对岩土体导热系数及单孔换热量的影响

在进行地源热泵系统设计时,岩土体的导热系数及其单孔换热量是必不可少的参数。使用Dn32的双U型管,进行了一组不同加热功率的岩土体热响应试验,其加热功率分别为2 832 W和5 494 W。试验结果表明,加热功率对岩土体导热系数大小基本无影响,而单孔换热量跟加热功率密切相关,因此,对于单孔热响应试验,给出单孔换热量的同时必须指出其相应的功率。     

影响岩土导热系数测试准确性的因素分析

目前现场测量岩土导热系数方法需要首先确定回填材料导热系数、埋管管壁的导热系数、埋管管间距、钻孔直径、循环水出入口温度以及加热功率等,这些参数测定的准确性影响岩土导热系数测量的准确性。本文分析了上述因素测量准确性对岩土导热系数测试结果的影响规律。研究表明:回填材料导热系数、埋管管间距和加热功率测量的准确性对岩土导热系数测试结果影响较大;而埋管管壁导热系数、钻孔直径和循环水出入口温度测量值的影响较小。     

岩土热导率测量和温度影响研究

利用QTM-D2常温导热系数测定仪测定了典型砂、黏土、岩石的导热特性,探讨了室内外试验、试样饱和程度对测量结果影响,通过试验结果和数值模拟研究了不同试样导热系数的尺寸差异,为现场岩土材料导热系数的测定提出了可行的解决方案。热线法测量时,试件尺寸影响范围不大,不同几何尺寸边界的测量结果很接近。根据国内外对导热系数的温度影响问题的研究实际,通过大量的实测数据和数值理论计算,总结了常温条件范围内各类岩土材料导热系数与温度之间的经验关系以及它们的温度变异影响系数β。各类岩土材料的β值普遍较小,大多在10-3的数量级上,导热系数与温度关系曲线近线性。该系数和这些经验公式的导出对中国北方地区岩土材料导热性能的理解及温度场模拟工作均具重要意义。     

基于TRNSYS的岩土热响应测试及影响因素分析

针对实际工程中影响热响应测试的诸多因素,建立了基于地埋管储热模型的瞬时模型,模拟分析了加热功率、钻孔直径、水箱容积及回填材料对岩土热物性参数测试结果的影响。通过对同一口测试井两次不同功率、测试时长的实测,验证了该模型的准确性。研究结果表明:在设定不同的加热功率下,岩土导热系数和钻孔内传热热阻的测试结果分别相差4.94%和0.32%,而每延米换热量测试结果相差24.99%,同时验证了50 h为热响应测试的最小时长;热响应测试仪的水箱容积对导热系数的影响较小,仅影响了加热流体达到稳定状态的时间;当钻孔直径为110,130,150 mm时,随着回填材料导热系数的增大,岩土导热系数的变化率逐渐减小,整体增幅均在0.09 W/(m·K)内,表明回填材料对热响应测试影响较小。     

高温后上海软黏土的物理性能试验研究

土的温度效应是岩土工程领域的热点问题,但对于100℃以上高温环境下土的物理性能的研究并不多。详细介绍了自行研制的高温加热试验装置,并利用该设备测定了上海软黏土样在105℃,120℃,150℃和200℃等高温加热2.5h和4.0 h后的体积变化、干密度和饱和度的变化,测定了105℃,150℃和200℃下恒温4.0 h土的导热情况。试验结果表明土样的体积和饱和度均随温度增加而减小,土样的干密度随温度的增加而增加,且随加热时间增加变化趋缓;湿土和干土的导热系数均随温度升高而增大,且干土的导热系数小于湿土的导热系数。说明软黏性土在100℃以上高温环境作用下会出现塑性变形和加热硬化现象,高温对土的导热系数影响显著。     

基于DTS的土体分布式导热系数测试方法

土体导热系数的确定对地源热泵的优化设计起着至关重要的作用。为了获得更精细的土体导热系数,在常规热响应试验的基础上,引入分布式光纤测温系统(DTS),对换热孔的温度进行分布式测量,得到孔内竖直方向岩土初始地温分布和在热响应试验过程中换热孔温度分布及其随时间的变化情况,通过与热电阻温度传感器的对比,验证了DTS测温的准确性。在线热源传热模型的基础上,建立了以换热孔为线热源的传热模型。分别进行了双U型管和单U型管恒热流热响应测试,根据DTS监测的温度分布及其变化,得到了土体导热系数随深度的分布。与综合导热系数相比,分布式导热系数不仅精度满足要求,而且可以更精细地反映土体导热系数分布的不均匀性,对于地源热泵的优化设计和换热能力的评价具有重要的意义。     

瞬态热线法导热系数测试中的自然对流影响

基于瞬态热线法导热系数测试原理,试验测量了微细金属丝(Φ=0.06 mm)水平、垂直放置时的空气加热过程,获得了不同加热功率下的空气导热系数。采用了考虑自然对流影响的空气导热系数估算法,对估算法与瞬态热线法计算的导热系数进行对比分析。分析结果表明:金属丝水平放置时两种方法的计算值吻合度好,但与空气导热系数的标准值差别较大。当加热功率较小,垂直放置时两种方法的计算值偏差稍大,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较高;而加热功率较大时,两种方法的计算值偏差较小,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较低。通过微细金属丝表面自然对流换热强度的理论分析,认为随着金属丝表面温度的升高,水平加热普遍大于垂直加热时的自然对流换热系数,瞬态热线法计算导热系数时,会受到微细金属丝加热表面自然对流换热强度的影响。     

锚杆灌浆体与岩(土)体间的粘结强度

根据岩土锚固的有关试验资料,分析了影响锚杆灌浆体与岩土体间粘结强度的主要因素,提出了锚杆灌浆体与岩土体间粘结强度的建议值,并指出了锚杆受荷时,沿锚固段长度粘结应力分布的不均匀性,其不均匀程度随锚固段长度的增加而加剧。以往在计算锚杆抗拔力公式中对不同锚固长度的锚杆均采用单一的粘结强度值是不合理的,而应引入锚固长度对粘结强度的影响系数。     

人工冻融黏土导热系数试验研究

基于TC3000型热线法导热系数测试原理,研制了人工冻土导热系数测试系统,该系统具有温度精度高、测试速度快、测试灵活等优点。对冻结地下工程岩土进行了导热系数试验研究,获得人工冻结黏土随干密度、含水率、外界环境温度变化对冻土导热系数的影响规律。试验结果表明:冻融土导热系数随干密度呈线性增加,平均增长速率为0.20~0.25 W/m·K之间;冻融土导热系数随含水率变化平均增长速率相差不超过0.03 W/m·K;温度每降低1℃,冻融土导热系数增加0.01~0.014 W/m·K。研究成果可为类似冻结工程中测试土体导热系数提出一种新的有效方法,对人工冻结温度场计算具有重要指导意义。     

光纤测温技术用于夹泥灌注桩完整性检测的试验研究

 提出基于光纤测温技术的夹泥灌注桩完整性检测方法,详细介绍该方法的主要仪器设备及检测过程。在分析光纤与灌注桩传热过程的基础上,阐述基于光纤测温技术的夹泥灌注桩完整性检测方法的基本原理。开展完整桩模型试验,研究不同加热功率下桩体中光纤温升规律,发现桩体中光纤温升与加热功率之间具有良好的线性关系,比较桩内与空气中光纤温升差异。开展含泥量分别为33.3%,50%,66.7%与100%的夹泥缺陷桩模型试验,研究不同夹泥桩中光纤温升与加热功率的关系,发现含泥量与光纤温升之间存在确定性关系。通过以上研究,验证基于光纤测温技术的夹泥灌注桩完整性检测方法的可行性。     

地源热泵土壤热导率实验研究

土壤热导率是影响地源热泵性能的关键因素之一,本研究主要针对宁波市不同地层土壤热导率进行测定实验,利用热探针法测定土壤的热导率,以宁波市为例,得出了土壤热导率与地层深度、含水率的关系,提出选用合适的加热电流可以减小利用探针法测量土壤热导率的误差。     

探究新时期热力管道状态检测技术

利用人工通行外观检查法、红外热像仪检测法、分布式光纤测温系统检测法分析了可通行管沟内的检测技术,并对管道内检测技术进行了介绍,以选择合适的方法对不同的热力管道进行检测,确保热力管道的安全.     

A modified soil water content measurement technique using actively heated fiber optic sensor

Soil water content measurement is critical in practical engineering.The actively heated fiber Bragg grating optic sensor(FBGS) has great potential of multi-point measurement for soil water content measurement in field.In this study,the effect of heating time on the measurement accuracy is discussed,and modifications are made for actively heated fiber optic(AHFO) sensors.The results demonstrate that if an integration data analysis method is used,the accuracy and reliability of soil water content measurement with AHFO sensors will be improved.Both a short fiber length and a short-term heating pattern are effective and can help to reduce soil disturbance.With the proposed integration method,a short heating time is guaranteed for measuring the soil water content.Such improvements will reduce the thermal disturbance to soil sample and improve the reliability of measurement.     

基于BOTDR的锚杆拉拔试验研究

对锚杆应力分布状态的监测一直是岩土锚固工程中的难题之一。针对基于布里渊光时域反射计分布式光纤传感技术的特点设计了传感光纤的布设方案及安装工艺;结合锚杆拉拔试验,分析了这一技术用于锚杆应力状态监测的可行性。结果表明:基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有结构简单、易于布设安装和测量范围大的优点,可以直观地得到锚杆在各级荷载下锚杆的通体应力、应变分布特征,试验中获得的多项测试数据的规律性都较好,该技术在锚杆应力应变分布状态的长期监测中具有广阔的应用前景。     

建筑幕墙热循环试验技术研究

本文根据建筑幕墙试件图纸及其热循环试验方案要求,研制了热循环试验装置。通过太阳灯管给幕墙试件加热,使用热电偶测量温度,达到预设温度后,通过温控仪对太阳灯进行控制,维持幕墙试件温度一段时间后断电,使用水淋与空调制冷的方法使试件温度达到常温。应用实例表明,该技术能满足试验方案要求,幕墙试件温度均匀,升温与降温速度较快,效果良好。     

基于主动加热型FBG的土体干密度原位测量方法研究

针对现有干密度原位测量技术的局限性,提出了一种基于主动加热型FBG的土体干密度原位测量方法(简称H-FBG干密度法),该法通过土体的导热系数,建立温度特征值(T_t)与干密度ρd之间的关系,进而对干密度进行原位测量;在室内试验的基础上,讨论了该方法的最优加热参数,研究了土类型与含水率对测量结果的影响,证明了该方法的可行性。试验结果表明:T_t随着ρd增加而降低,指数函数模型相较于幂函数模型和线性模型的T_t-ρd曲线拟合效果要好;H-FBG干密度法最优加热参数为15W/m和5min;高含水率土体受微观结构的影响,随着ρd增加T_t变化率减小。     

高温后钢纤维混凝土热学性能试验研究

为预测火灾条件下SFRC 构件内部温度场,对高温后SFRC 的表观密度、孔隙率、导热系数、导温系数和比热容等进行了试验研究,并对导热系数下降机理进行混凝土细观尺度的数值模拟分析。研究表明,SFRC 的表观密度、导热系数和比热容总体上均随受热温度的上升而下降;孔隙率随受热温度的升高而上升,其中约有1%~3%的孔隙率是由SFRC 内热开裂造成;细观尺度有限元模拟显示高温热开裂形成的裂缝热阻是引起导热系数下降的主要原因之一;砂浆与素混凝土导温系数随温度升高而降低,但SFRC 导温系数在300 ℃时出现拐点,呈上升趋势;相同受热温度下,随着钢纤维含量的增加,导热系数和导温系数均呈上升趋势。     

水泥混凝土导热性能影响因素及预估模型研究

为提高融冰雪效率,研究具有良好导热性能的混凝土铺面材料,通过试验得出了普通、钢纤维、碳纤维混凝土的配合比,采用热传导仪测定了它们的导热系数λ.系统研究了骨料体积分数、砂率、水灰比、温度、纤维种类和掺量对混凝土导热系数的影响规律,并基于广义灰关联法对各因素进行排序,依据测试结果和影响规律建立了以上3类混凝土导热系数预估模型.结果表明:钢纤维混凝土最适宜作为融冰雪路面材料;纤维种类和掺量对混凝土导热性能起主导作用,骨料体积分数、温度和水灰比的影响次之,砂率的影响最小.