用于测等效导热系数的保温箱体结构制造技术

本实用新型专利技术公开了用于测等效导热系数的保温箱体结构，加热保温箱体包括四块侧板围成的箱壁和从上方和下方封住箱壁的水平保温板，所述四块侧板包括相对设置的一组加热板和相对设置的一组竖直保温板，竖直保温板上从一侧表面向另一侧表面贯通设有可转动通水管；每块加热板上皆设有加热电极，加热板朝向加热保温箱体的一侧表面设有温度传感器；加热保温箱体中的单裂隙渗流板的渗流通孔分别与竖直保温板上的可转动通水管固定连通，且其中一个竖直保温板上的可转动通水管露出加热保温箱体的外端通过注入管与注入装置连通。本实用新型专利技术结构简单，为研究不同基质岩块、不同裂隙及裂隙内流体的不同种类、流量条件下的等效导热系数提供了方便。

Insulation box structure for measuring equivalent thermal conductivity

【技术实现步骤摘要】
用于测等效导热系数的保温箱体结构
本技术涉及一种箱体结构，具体是一种用于测等效导热系数的保温箱体结构，属于矿井开采领域。
技术介绍
随着我国东部及部分中部矿井进入深地开采，面临高渗透水压力、高地应力、高地温的特殊开采条件，矿井热害越来越严重。造成深部岩体高温的原因不仅是因为地温梯度的升高，由于受采动影响，如图1所示，高地应力导致岩体裂隙发育，高渗透水压力使得矿井水沿裂隙网络运移，这个过程中伴随着热的迁移。裂隙岩体的传热模式主要包括，①基质岩块的热传导；②裂隙中流体的热传导和热对流，因为裂隙中流体热对流涉及到水-岩界面对流换热系数的确定问题，对流换热系数h是一个动态值，和流速v、隙宽b，水岩界面几何特征、水岩的热物理性质等有关，是个复杂的变量，目前对h的取值没有合适的经验公式或确定的理论，导致裂隙岩体渗流-传热问题研究起来较复杂，无法为裂隙岩体水-热迁移的研究提供理论基础。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术的目的是提供一种用于测等效导热系数的保温箱体结构，结构简单，操作方便，可以为研究不同基质岩块、不同裂隙及裂隙内流体的不同种类、流量条件下的等效导热系数提供方便。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种用于测等效导热系数的保温箱体结构，包括加热保温箱体，所述加热保温箱体包括四块侧板围成的箱壁和从上方和下方封住箱壁的水平保温板，所述四块侧板包括相对设置的一组加热板和相对设置的一组竖直保温板，每块竖直保温板上从一侧表面向另一侧表面贯通设有可转动通水管；每块加热板上皆设有一加热电极，所述加热电极通过一温度控制仪连接至稳压电源，所述加热板朝向加热保温箱体的一侧表面设有温度传感器；加热保温箱体中设有单裂隙渗流板，所述单裂隙渗流板包括隔热环体和从两侧覆盖住隔热环体的高导热盖板，所述隔热环体由两两相对设置的一对弧形板Ⅰ和一对弧形板Ⅱ围成，每块弧形板Ⅰ从外圈端面向内圈端面贯通设有渗流通孔；所述两块弧形板Ⅰ中的渗流通孔露出弧形板Ⅰ外圈端面的一端分别与两块竖直保温板上可转动通水管伸入加热保温箱体中的内端固定连通，且其中一个竖直保温板上的可转动通水管露出加热保温箱体的外端通过注入管与一注入装置连通。本技术可转动通水管露出加热保温箱体的外端周向上套设有一定位旋钮，定位旋钮外周上设有旋转角度刻度线。定位旋钮方便握持，旋转的同时观察旋转角度刻度线可精确调整单裂隙渗流板的转动角度，方便试验者设置单裂隙渗流板与热流方向的夹角，通过操作定位旋钮可以使得单裂隙渗流板与热流方向之间的夹角在0-360°范围内可调。优选的，所述弧形板Ⅰ和弧形板Ⅱ为聚四氟乙烯板，且相邻的弧形板Ⅰ和弧形板Ⅱ连接的部位设有插接结构，所述插接结构包括分别设在弧形板Ⅰ和弧形板Ⅱ上且可配合插接的两块插接板，两块插接板相对的接触面上设有密封条。采用插接结构连接牢固，且密封性更好，让热流传递路径为其中一块高导热盖板、裂隙水、另一块高导热盖板，杜绝出现热流“短路”的现象，保证热流传递正常。同时聚四氟乙烯板具有较强的稳定隔热性能。测量两个高导热盖板之间的距离增加了工作量，且会有一定误差，因此上述高导热盖板朝向隔热环体一侧的表面最好与其贴合的隔热环体侧面平齐，此时隔热环体的厚度即为裂隙的宽度，试验的裂隙宽度参数更精确。上述系统中，所述高导热盖板为圆形，高导热盖板的外圈通过分布设置的多个螺钉固定在隔热环体靠近内环的侧面上。高导热盖板覆盖在隔热环体的内环孔上后，多个螺钉穿过高导热盖板外圈上的螺纹孔并旋入隔热环体靠近内环的侧面中将高导热盖板固定在隔热环体侧面，固定更加稳固。进一步的，所述高导热盖板与隔热环体相接触的表面上设有密封结构；所述密封结构可以为密封环，密封环安装在隔热环体靠近内环的侧面上的安装槽中，通过螺钉给予预紧力后，可以保证两块高导热盖板与隔热环体之间的矿井水不会渗出。优选的，所述竖直保温板和水平保温板皆包括两层硅酸铝保温层和夹设在两层硅酸铝保温层之间的二氧化碳气体层，二氧化碳气体层与保温板外表面安装的注气孔连通，通过注气孔向二氧化碳气体层中注入二氧化碳气体。硅酸铝保温层的导热系数0.035W/(m·k)，二氧化碳气体层的导热系数为0.0137W/(m·k)，硅酸铝具有较强的隔热能力，且二氧化碳气体属于温室气体，具有保温功能、避免加热保温箱体内部的热量散失到外部影响实验的精确度。优选的，所述可转动通水管为硬质管，硬质管保证旋转过程中不会发生形变，确保角度调整的精确。优选的，高导热盖板可以采用导热系数较高的不锈钢材料，可以对热量快速传导。用于测量等效导热系数时，将其中一个竖直保温板上的可转动通水管露出加热保温箱体的外端通过注入管与一注入装置连通，另一个竖直保温板上的可转动通水管露出加热保温箱体的外端通过一出水管连通至外部；为了保证压力稳定，在出水管上设有背压阀，且两块竖直保温板上的可转动通水管的外端分别设有压力传感器，所述温度传感器、压力传感器分别电连接至数据采集器，用于实时接收到各检测部件的检测数据并实时显示出来。两块高导热盖板彼此相对的表面之间的距离为裂隙宽度b1，用于模拟裂隙宽度为b1的单裂隙结构；旋转可转动通水管和单裂隙渗流板调整单裂隙渗流板与热流方向之间的角度，用于模拟实际裂隙角度；将与基质岩块具有相同孔隙率和导热系数的岩石相似材料加入加热保温箱体内部，填满后将上方的水平保温板盖合密封在箱壁上，打开稳压电源，对加热电极输入高电流，加热电极分别对加热板施加热流；最后启动注入装置，将PH值为a的矿井水以固定流量经未设置背压阀一侧的竖直保温板注入加热保温箱体中的单裂隙渗流板内,并从另一侧竖直保温板中流出，分别测得两块加热板上的热流密度和两块加热板的温度即可得出等效导热系数。相对于现有技术，本技术具有如下优势：①本技术为使问题简化，将从裂隙岩体中提取的裂隙岩体单元结构模拟为由带孔隙的基质岩块和单裂隙构成，用岩石相似材料模拟基质岩块填充到单裂隙渗流板的周围设计出了裂隙岩体单元的等效导热系数测试系统，再通过调整单裂隙渗流板与热流方向的夹角，可以模拟所需角度的单裂隙；②本技术的箱体结构简单，加热保温箱体的保温加热性能良好。且单裂隙渗流板的隔热环体由四块弧形板组成，盖上盖板后形成了模拟裂隙的渗流，实际操作时通过制作不同厚度的弧形板模具，可以方便模拟不同裂隙隙宽的单裂隙平板渗流；隔热环体内部预留渗流孔，方便流体的流入流出。通过对单裂隙渗流板的特别设计，使得热流可以正常传播，传播路径为盖板-流体-盖板，避免了热流出现“短路”现象。③本技术操作方便，可以研究渗流条件下的等效导热系数，可以模拟不同工况下裂隙岩体单元的等效导热系数，改变试验条件后可以分析不同孔隙率基质岩块、不同角度的单裂隙分布条件、不同裂隙宽度、不同裂隙内流体种类、不同裂隙内流体流量或压力梯度下的等效导热系数；利用本技术的装置可以研究某孔隙率基质岩块和单裂隙水渗流条件下的裂隙岩体单元的等效导热系数，从而为整个裂隙岩体水-热迁移的研究奠定了基础。附图说明图1矿井水沿裂隙网络运移过程中的传热示意图；图2为本技术的加热保温箱体的结构示意图；图3为加热保温箱体的侧视图；图4为加热保温箱体的立体图；图5为竖直保温板及水平保温板的断面结构图；图6为弧形板Ⅰ的立体结构图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测等效导热系数的保温箱体结构，其特征在于，包括加热保温箱体(9)，所述加热保温箱体(9)包括四块侧板围成的箱壁和从上方和下方封住箱壁的水平保温板(9‑3)，所述四块侧板包括相对设置的一组加热板(9‑1)和相对设置的一组竖直保温板(9‑2)，每块竖直保温板(9‑2)上从一侧表面向另一侧表面贯通设有可转动通水管(9‑2‑1)；每块加热板(9‑1)上皆设有一加热电极(9‑1‑1)，所述加热电极(9‑1‑1)通过一温度控制仪(15)连接至稳压电源(14)，所述加热板(9‑1)朝向加热保温箱体(9)的一侧表面设有温度传感器(9‑1‑2)；加热保温箱体(9)中设有单裂隙渗流板(10)，所述单裂隙渗流板(10)包括隔热环体(10‑1)和从两侧覆盖住隔热环体(10‑1)的高导热盖板(10‑2)，所述隔热环体(10‑1)由两两相对设置的一对弧形板Ⅰ(10‑1‑1)和一对弧形板Ⅱ(10‑1‑2)围成，每块弧形板Ⅰ(10‑1‑1)从外圈端面向内圈端面贯通设有渗流通孔(10‑1‑1a)；所述两块弧形板Ⅰ(10‑1‑1)中的渗流通孔(10‑1‑1a)露出弧形板Ⅰ(10‑1‑1)外圈端面的一端分别与两块竖直保温板(9‑2)上可转动通水管(9‑2‑1)伸入加热保温箱体(9)中的内端固定连通，且其中一个竖直保温板(9‑2)上的可转动通水管(9‑2‑1)露出加热保温箱体(9)的外端与一注入装置连通。...

【技术特征摘要】
1.一种用于测等效导热系数的保温箱体结构，其特征在于，包括加热保温箱体(9)，所述加热保温箱体(9)包括四块侧板围成的箱壁和从上方和下方封住箱壁的水平保温板(9-3)，所述四块侧板包括相对设置的一组加热板(9-1)和相对设置的一组竖直保温板(9-2)，每块竖直保温板(9-2)上从一侧表面向另一侧表面贯通设有可转动通水管(9-2-1)；每块加热板(9-1)上皆设有一加热电极(9-1-1)，所述加热电极(9-1-1)通过一温度控制仪(15)连接至稳压电源(14)，所述加热板(9-1)朝向加热保温箱体(9)的一侧表面设有温度传感器(9-1-2)；加热保温箱体(9)中设有单裂隙渗流板(10)，所述单裂隙渗流板(10)包括隔热环体(10-1)和从两侧覆盖住隔热环体(10-1)的高导热盖板(10-2)，所述隔热环体(10-1)由两两相对设置的一对弧形板Ⅰ(10-1-1)和一对弧形板Ⅱ(10-1-2)围成，每块弧形板Ⅰ(10-1-1)从外圈端面向内圈端面贯通设有渗流通孔(10-1-1a)；所述两块弧形板Ⅰ(10-1-1)中的渗流通孔(10-1-1a)露出弧形板Ⅰ(10-1-1)外圈端面的一端分别与两块竖直保温板(9-2)上可转动通水管(9-2-1)伸入加热保温箱体(9)中的内端固定连通，且其中一个竖直保温板(9-2)上的可转动通水管(9-2-1)露出加热保温箱体(9)的外端与一注入装置连通。2.根据权利要求1所述的用于测等效导热系数的保温箱体结构，其特征在于，可转动通水管(9-2-1)露出加热保温箱体(9)的外端周向上套设有一定位旋钮(9-2-2)，定位旋钮(9-2-2)外周上设有旋转角度刻度线。3.根据权利要求1或2所述的用于测等效导热系数的保温箱体结构，其特征在于，所述弧形板Ⅰ(10-1-1)和弧形板Ⅱ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骏辉，万志军，程敬义，张源，熊路长，丁根荣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32