含水率对工程常用土导热系数影响的试验研究

岩土的导热系数对工程施工和工程运行有较大影响,研究不同含水率条件下的导热系数变化规律对岩土的导热理论和工程实践具有重要意义。根据《土工试验规程》制备出粗砂、中砂、细砂、粉砂和粘土等5种工程常用土,试验分析了不同含水率时的导热系数变化规律,并根据试验结果得到5种土导热系数随含水率变化的拟合公式。结果表明,5种土的导热系数均随含水率的增加呈非线性增加。含水率在0~15%时,导热系数由大到小顺序依次为粗砂、中砂、细砂、粉砂和粘土;含水率超出20%时,中砂、细砂、粉砂的导热系数变化趋于平缓并呈轻微下降趋势;含水率大于25%时,粘土导热系数呈下降趋势。     

基于格子Boltzmann方法的非饱和土体导热系数研究

以非饱和土体为研究对象,通过四参数随机生长法(QSGS)对土体的微观结构重构。根据土体各相及相间的热传导方程,建立求解非饱和土体有效导热系数的数学模型。基于格子Boltzmann方法的D2Q4模型对该模型进行求解。研究结果表明:土体的有效导热系数随饱和度的增加而增大,且冻土的变化幅度远大于未冻土。土体的有效导热系数随孔隙率的增加而减小,孔隙率较小时其下降速率较快。在土颗粒分布均匀、各向同性且孔隙率相等的情况下,土颗粒大小对土体有效导热系数的影响不显著。当片状土颗粒排列平行于传热方向时,其有效导热系数要大于排列垂直于传热方向的土体。     

孔隙率与含水率对砂质土样导热系数的影响

鉴于研究岩土体导热系数的变化规律及影响因素,对岩土的导热理论和工程实践的现实意义,利用热探针测定了不同孔隙率和含水率条件下的砂质土样导热系数,分析其变化规律,并用1stOpt软件得到孔隙率、含水率与导热系数的拟合公式。计算结果与试验结果表明,导热系数随孔隙率的增加而减小,随含水率的增加而增大,且在一定含水率下,导热系数随孔隙率的增加呈线性减小,孔隙率为0.468~0.511时,导热系数降幅为20.19%;在一定孔隙率下,导热系数随含水率的增加呈非线性增长,含水率0~10%时,导热系数增幅为338.38%,含水率10%~15%时,导热系数的增幅为8.83%。     

直埋闭式地源热泵回填土性能研究

回填土的性能对直埋式地源热泵的设计有一定的影响．对直埋闭式地源热泵用回填土的性能参数中的密度、含水率、饱和度以及导热系数进行了数学定义，并指出影响导热系数的主要因素是密度和含水率。用平板探针原理的室内试验的方法研究了各种物质组成情况、时间以及不同温度对导热系数的影响，并对试验的结果进行了详细的分析，得出了随各种影响因素而变化的曲线。试验结果表明，膨润土不适合单独用于回填材料，需与水泥配合并推荐使用非饱和态。导热系数随水灰比的减小而增加。掺人大颗粒的骨料是提高导热系数的有效途径，砂含量的增加使导热系数往往呈线性增长。当水灰比为0．45且砂的置换率为80％时回填材料具有较满意的导热性能，值得推荐使用。     

常温土壤导热系数的试验及预测研究

探究土壤导热系数的变化规律，对地源热泵系统和土壤储热等领域具有重要意义。利用TEMPOS热性能分析仪对不同干密度、不同饱和度下黄土和砂土导热系数变化规律进行研究。结果表明，饱和度、干密度均对土壤导热系数影响显著，黄土、砂土的导热系数随饱和度的增加总体呈增大趋势，但黄土和砂土的导热系数变化规律差异明显；黄土和砂土的导热系数随干密度的增大而增加，但黄土较砂土变化幅度较小。根据试验数据对16种预测模型进行评价，结果表明，CCM模型表现最好。     

秸秆-粉煤灰混凝土砌块试验研究

为了减少秸秆、粉煤灰的堆积处理污染，选用秸秆-粉煤灰混凝土砌块作为研究对象，比较分析不同组分的混凝土砌块的物理抗压属性及导热性能。砌块的强度要求为C20。结果表明：将油菜秸秆掺入混凝土时，掺入秸秆的质量比例为1%、2%、3%的情况下，与普通硅酸盐混凝土相比，秸秆混凝土砌块的导热系数分别降低41.7%、47.8%、57.2%。对秸秆混凝土正交试验结果进行综合分析，得到满足C20强度的节能最优组合为秸秆材料为芝麻、秸秆掺量为2%、粉煤灰掺量为10%、水胶比为0.45，测试其抗压强度为20.12 MPa，导热系数为0.466 W/(m·K)。     

竖直U型埋管地热换热器热短路现象的影响参数分析

通过引入换热器出口最高流体温度的概念,对地源热泵竖直U型埋管地热换热器的热短路现象进行了量化,基于竖直U型埋管周围的瞬时有限元模型,对影响热短路现象的主要参数(支管间距和回填料导热系数)进行了模拟分析,得出了量化结果。结果表明,增大支管间距可降低换热器出口最高流体温度,减小由热短路现象引起的热损失;回填料的导热系数对热短路现象的影响较大,当回填料导热系数小于周围土壤的导热系数时,增大回填料导热系数对减小热短路损失有较大作用,而当回填料导热系数大于土壤导热系数时则作用不大,推荐使用导热系数与周围土壤导热系数接近的回填材料。     

非对称树状二分岔结构的有效导热系数

采用热电模拟的方法研究了非对称树状二分岔网络结构的有效导热系数,给出了此类结构有效导热系数的解析表达式。结果表明,此类结构的有效导热系数大小与结构本身的非对称率α,分岔处直径的幂律指数p以及分岔级数m有关,并分析了各参数对整个结构有效导热系数的具体影响。结果发现,当幂律指数p=2、非对称率α=1即为对称分岔时,整个结构的有效导热系数取得最大值,且等于组成该结构的材料本身的导热系数。     

混凝土导热系数与其饱和度及温度的关系

在已有混凝土导热系数影响因素研究成果的基础上,以普通混凝土、泡沫混凝土、植物纤维陶粒混凝土、棉花秸秆石膏混凝土四种不同混凝土为研究对象,采用QTM-500导热测试仪分别对四种混凝土不同饱和度时不同温度下(-30~20℃)的导热系数进行试验,并分析不同饱和度下各混凝土导热系数随温度(-30~20℃)的变化规律,最后采用压汞仪对四种混凝土的孔隙率、孔径分布等参数进行测试,从微观孔隙角度深入分析各混凝土导热系数随温度的变化规律。结果表明,各混凝土的导热系数与其饱和度呈显著的正相关性,干燥状态下,四种混凝土的导热系数随温度变化不显著;饱和状态下,各混凝土导热系数在一定温度范围内会发生突变,当超出温度敏感区域后,各混凝土的导热系数基本趋于稳定值;在试验温度范围内,混凝土导热系数变化规律与其孔隙参数有关。该研究结果可为寒冷地区大体积混凝土结构、建筑节能混凝土的导热系数试验及分析提供参考。     

耐火纤维的最佳容重

<正> 用普通硅酸铝耐火纤维做全纤维炉墙及保温层,无论在电阻炉上还是在火焰炉上,都已获得了广泛的应用,并取得了可喜的节能效果。这是因为耐火纤维的导热系数比其他耐火材料和保温材料的导热系数都低。比如在600℃时,耐火纤维的导热系数为普通耐火砖的1/9,为轻质砖的1/4,比蛭石和硅藻土等保温材料都低。同时,在热阻相同的情况下,所用耐火     

初始含水率及风化砂掺量对改良膨胀土无荷膨胀率的影响

为研究初始含水率及风化砂掺量对改良膨胀土无荷膨胀率的影响,选取湖北省宜昌市小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程中的膨胀土,对其进行了不同风化砂掺量、不同初始含水率状态下的无荷膨胀率试验,分析了风化砂掺量和初始含水率对膨胀土无荷膨胀率、膨胀时程以及最终吸水量的影响。结果表明,掺风化砂对于抑制膨胀土的无荷膨胀率效果较好,且初始含水率越低,无荷膨胀率对风化砂的掺量越敏感;在相同的风化砂掺量下,无荷膨胀率随着初始含水率的增大而逐渐减小,当初始含水率超过最佳含水率而继续增加时,无荷膨胀率的降幅不明显;在同一风化砂掺量下,初始含水率越低,急速膨胀阶段的膨胀速度越快,膨胀稳定时的膨胀量越大;在同一初始含水率下,风化砂掺量越大,急速膨胀阶段的膨胀速度也越快,而膨胀稳定时的膨胀量越小;土样膨胀稳定时的终止吸水量与初始含水率密切相关,在同一风化砂掺量下,终止吸水量与初始含水率呈指数函数关系。     

土壤高温储热热湿迁移过程的初步研究

初步建立了土壤高温储热热湿迁移过程的数学模型,并进行了数值求解.结果表明,土壤热湿迁移过程中的湿度场稳定时间明显滞后于温度场,且与土壤类型和水力传导特性等有关.对于水力传导性较差的土壤,在高温储热初期,靠近热源的地方容易产生湿份聚集,使得湿度曲线出现一个短期峰值.与低温储热相比,土壤高温储热时湿度迁移对温度场的影响较大,温度场呈整体降低趋势,降低幅度顺序为:砂土>壤土>粘土.在该文模拟条件下,粘土的热湿迁移过程对于初始湿度的变化不敏感,而砂土的热湿迁移过程则依赖于初始湿度,且影响程度随着初始湿度的增加而增大.     

分层岩土中地埋管换热器传热解析模型与分析

为准确预测地埋管换热器在分层岩土中的传热特征,采用分离变量法和格林函数法,基于单个圆环热源基本传热单元问题的解答,建立考虑岩土结构分层和横观各项同性特征的地埋管传热解析模型。该模型适用于工程中常见的垂直钻孔和桩基埋管换热器分层传热问题,具有较好的普适性。以2层岩土为例,利用模型解答对分层岩土中地埋管的传热特征以及分层参数对其影响规律进行研究。结果表明：均匀介质假设计算误差随作用时间的增加而逐渐增大,在靠近热源处误差更加明显,预测地埋管长时间温度响应时,应采用分层传热模型;在临界区域范围内,可用均质假设模型预测地埋管的传热特性,均质等效热物性参数取为对应岩土分层的热物性参数值;分层岩土导热系数对地埋管传热性能影响较大,岩土平衡温度随分层导热系数比的增大而明显降低;地埋管长度和直径的比值对地埋管传热性能有所影响,岩土平衡温度随长径比的增大而升高,且其影响程度随分层导热系数比的减小而增强。     

Prediction of soil thermal conductivity based on penetration resistance and water content or air-filled porosity

Accurate data of thermal conductivity are required in many agricultural, meteorological and engineering applications. New regression equations for predicting thermal conductivity based on easily measured quantities such as penetration resistance and water content or air-filled porosity are presented. The thermal conductivities from the equations are compared with those from a statistical-physical model of a good estimation capability. The measurements of the quantities were done on silt loam in a sloping vineyard (Italy) at various times and locations to get a wide range of measured values. It is shown that the performance of the equations relating the thermal conductivity with penetration resistance and air-filled porosity is greater (R² = 0.94) than with penetration resistance and volumetric water content (R² = 0.77). Therefore, the equations based on measured penetration resistance and air-filled porosity are recommended for predicting the thermal conductivity of the soil. Adding sand content and transformation of strength values to root squares somewhat improved the predictions. To minimize the effects of spatial variability of the measured quantities on the thermal conductivity and to reduce measurement time and soil disturbance, systems for combined measurements of penetration resistance and water content at the same place need to be used in further studies.     

地源热泵间歇运行下土壤热湿迁移的实验研究

建立地埋管换热土壤热湿迁移过程的实验装置,对地源热泵间歇运行时不同进口流体温度及不同土壤体积含水率下土壤温湿度场的变化特性进行实验研究。实验结果表明∶间歇运行时,入口流体温度的升高会使土壤温度最大值升高,但不利于土壤温度的恢复,土壤体积含水率的增加在一定程度上有利于地下换热和土壤温度的恢复。系统开机后存在土壤温度上升的主上升区,此区温度增幅超过65%,关机后第18小时土壤温度基本恢复至初始温度;系统关停后在温湿度梯度的作用下会出现温度和含水率最大值后移的现象,热源对土壤温度和含水率的作用半径约为280和375 mm;开停比为1∶2时温湿度较1∶1能恢复得更低,合理设置停机时间有利于机组长期有效运行。     

太阳能-土壤源热泵耦合系统及其地埋管系统

建立了太阳能-土壤源热泵耦合型热水系统实验平台,研究了在秋冬季不同运行条件下该系统的运行特性,分析了地下埋管系统中钻孔回填材料、U型管工作模式、套管内循环液流动模式、套管外管与内管的导热系数比等对系统制热效果的影响。研究表明,太阳能土壤源热泵系统在国内亚热带地区可以获得良好的应用,并给出了埋地换热器的合理形式。