编辑: jingluoshutong | 2014-10-04 |
%一无穷远处土 壤温度;
qt一单位长度埋管的换热量;
A.一周围岩 土的导热系数;
R.―钻孔传热热阻;
r一时间. 当r为r.和r:时,循环流体的温度分别为 %和%,代人上式并简化得出以下关系 殇一巧=煮(Inrz―Inr-) (2) 进而可以得出土壤的导热系数 、 (Inr2一Invl)ql ,.、 ^,2 Til万i u, 令k=≤当二咎为时间的温度对数值,当作为横 』,盯2一』,Zz-1 坐标时,k为循环流体的变化的斜率可以得出 魏管 小丧=志Fig.1 The principle of soil thermal properties testing 1.2实验原理 (4) 根据测试数据,利用自主开发的软件可以得 出加热状态下环路平均温度乃对应时间变化的 曲线图计算出岩土热物性导热系数. 自埋管 2结果与分析 2结果与分析 恒热流测试法是在保持加热功率恒定的情况 下测量地下土壤散热功率,当加热功率与土壤散 热功率相等(相近)时,然后利用已知条件反解传 热模型可以求出岩土导热系数.由图l可以看 出,流体经过电加热器加热后,经循环水泵被送入 到地下,由于加热后的流体温度高于地下土壤的 温度,故热量通过管壁由流体向土壤放热,这样从 地下再回到测试仪中的流体的温度就存在一定的 变化,这就是地下土壤的温度响应.地下未扰动 为了分析土壤初始温度对导热系数影响,系 统连续运行150小时,分别计算16℃,16.5.E, 17℃,17.5℃,18℃,18.5cC时的土壤导热系数.从图2可以看出,随着土壤初始温度的增加,土壤导 热系数几乎直线上升,土壤初始温度对计算结果 影响非常大,所以在测试时要尽可能提高土壤初 始温度的测量精度.土壤初始温度每增加l.E,土 壤导热系数约增高O.7W,(m・℃).以实测土壤初 始温度16℃为基点,0.5.C测量偏差,导致土壤导 热系数计算结果偏差可达10%以上.从图3可以 看出前20h埋管进出口温度变化较大,连续运行 40h后,温度变化率逐渐变小,50h左右埋管进出口 温差基本保持在4.6l℃左右.
60 河北工程大学学报(自然科学版) 2010年5,,
4.5
4 ≈3.5
3 3 三2.5 囊-黑瘊1砷0.5 O 土壤原始温度/℃ 图2导热系数与土壤原始温度关系 Fig.2 The relationship between thermal conductivity and original temperature of soil , q
3 l: <
搽倏瘊啦测试时间/h 图4导热系数与测试时间的关系 Fi g.4 The relationship between thermal conductivity and testing time 5.5 ,,
5.0 I^4.5 y j 4.0 二3.5 杂3・0 峨2.5 瑟2.o 1.5 1.0
39 40
41 42
43 44 单位管长换热量-/m 图6导热系数与单位管长换热量的关系 Fig.6 The relationship between thermal conductivity and heating unit 从图4可以看出,土壤导热系数在3.109― 5.232之间变化,开始时有一些波动然后趋于稳 定,随着测试时间的增加,到50小时左右时,土壤 导热系数逐渐稳定,收敛于3.109Wl(m・℃).这 主要是因为测试初期传热不稳定,但运行一段时 p \ 趟赠g茸爝酶姆020
40 60
80 100
120 140
160 澍试时同/lI 图3循环流体温度与埋管进出口水温关系 Fig.3 The relationship between temperature of fluid and the pipe 之棚瘊辎O20
40 ∞ ∞
100 120
140 160 测试时间/II 图5功率与测试时间的关系 Fig.5 The relationship between electric power and testing time 测试时间/lI 图7换热量与测试时间关系 Fig.7 The relationship between heating and testing time 间后可认为达到准稳态.从图5可以看出,测得 地下无干扰地温后,即可进行地埋管进出口温度 的热响应测试,测试时间60h,这样既可以保证获 得正确的导热系数,又可以避免测试时间过长. 电加热器开启的功率为5kW,由于(下转第69页) 跖;