多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，首先在多孔介质土体中加水使其湿润至孔隙中充有液体水；对土体进行暴晒等加热处理，使土体中水分以气体形态存在于孔隙中，然后使土体周围空气，或者使土体表面，或者使土体整体温度骤降至(体孔隙中水蒸气分压力对应的饱和温度以下，此时，已置于土体表面的热流密度计显示的热流密度值会发生阶跃激增现象，从而捕捉到多孔介质土体潮涌换热现象。本发明专利技术的捕捉方法可填补地下空间土体潮涌换热研究的空白，并在一定程度上揭示土壤相变换热特性；且该方法涉及对象较少且实验方法简便，只需测量热流密度值是否发生阶跃性突变即可，易于观测与判断。

A method of catching the phenomenon of heat transfer in the soil of porous media

【技术实现步骤摘要】
多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法
本专利技术涉及一种土体蓄放热现象的捕捉方法，具体涉及到多孔介质孔隙中气体因快速温降导致相变冷凝大量放热发生潮涌换热现象的捕捉方法。
技术介绍
目前对于土体相变冷凝换热方面的研究很少。仅有的相关研究存在于围护结构冷凝现象研究中，以湖南大学和沈阳建筑大学为代表的学者从温度降低和水蒸气分压的变化揭示了地面围护结构冷凝现象的发生机理。此外，上海大学明确指出了目前有关土壤水汽潜热效应的研究相当缺乏，缺乏对土壤相变换热特性的充分认识。因此，需要提出一种潮涌换热现象来自于地铁车站站厅层壁面热流密度的长期监测捕捉方法及结果，对于解释室外温降显著的秋冬季节地铁站厅等地下空间热环境保持相对稳定的温度提供了重要的理论依据。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，用于填补地下空间土体潮涌换热研究的空白，并在一定程度上揭示土壤相变换热特性；且该方法涉及对象较少且实验方法简便，只需测量热流密度值是否发生阶跃性突变即可，易于观测与判断。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在多孔介质土体中加水使其湿润至孔隙中充有液态水；步骤2：对土体进行加热处理，使土体中水分以水蒸气气体形式存在于土体孔隙中；步骤3：在土体表面布置热流密度计然后使土体周围空气，或者使土体表面，或者使土体整体温度骤降至土体中水蒸气分压力对应的饱和温度以下；步骤4：当置于土体表面的热流密度计显示的热流密度值发生阶跃激增现象时，表征多孔介质土体潮涌换热现象发生。进一步，步骤1中在多孔介质土体中加水使其湿润至孔隙中充有液态水，此处的多孔介质为土体、岩石、植物的根、茎中的一种。进一步，步骤2中对土体进行加热处理采用放在太阳下暴晒或者用暖风机向土体周围吹热风，或者是土体整体加热。进一步，步骤3中使土体周围空气骤降至土体中水蒸气分压力对应的饱和温度以下，采用将土体置于冰箱中或对于土体接触的空气侧进行迅速温降处理；降温要求为短时间内使多孔介质土体孔隙内气体达到其相应水蒸气分压力下的饱和温度，从而发生冷凝现象，放出大量的潜热。与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：本专利技术填补了地下空间土体潮涌换热研究的空白，并在：1.一定程度上揭示了土壤相变换热特性；2.本专利技术提供了一种较为简便的捕捉方法，涉及对象较少且实验方法简便，且只需测量热流密度值是否发生阶跃性突变即可，易于观测与判断；3.本专利技术提供了一种土体潮涌换热的捕捉方法，这对于后续的土体等多孔介质潮涌等相变换热研究具有重要参考价值。附图说明图1是室外空气与站台空气温度随时间变化图；图2是土体壁面热流密度值随时间变化图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明，本专利技术的实施方法包括但不限于下列实施例。本专利技术的多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，包括以下步骤：步骤1：在多孔介质土体中加水使其湿润至孔隙中充有液态水；此处的多孔介质为土体、岩石、植物的根、茎中的一种。步骤2：对土体进行加热处理，对土体进行加热处理采用放在太阳下暴晒或者用暖风机向土体周围吹热风，或者是土体整体加热，使土体中水分以水蒸气气体形式存在于土体孔隙中。步骤3：在土体表面布置热流密度计然后使土体周围空气，或者使土体表面，或者使土体整体温度骤降至土体中水蒸气分压力对应的饱和温度以下，采用将土体置于冰箱中或对于土体接触的空气侧进行迅速温降处理；降温要求为短时间内使多孔介质土体孔隙内气体达到其相应水蒸气分压力下的饱和温度，从而发生冷凝现象，放出大量的潜热。步骤4：当置于土体表面的热流密度计显示的热流密度值发生阶跃激增现象时，表征多孔介质土体潮涌换热现象发生。本实施例中：为捕捉土体潮涌换热实施例的已知条件：实验日期为2016年1月24日，天气晴朗，实验地点为上海地铁11号线某地铁车站，该车站有三个出入口，从早晨9:30到晚上23:30，每两小时测一次壁面温度、壁面热流密度和空气温度，各测点位置说明如下测点1为室外空气温度测点，测点2，3分别位于1号出入口楼梯附近，测点8，9分别位于2号出入口楼梯附近，测点4，5，6，7，10，11，12，13，14分别位于地铁车站站厅层侧墙附近，测点15，16位于站厅层与站台层之间的楼梯附近，测点17位于站台层附近。步骤1：根据地质勘探，该地铁站位于上海地下5m，其土体周围有大量地下水渗透，满足土体多孔介质中含有水分的步骤1的要求。步骤2：此实验在秋冬季节开展，经过整个炎热的夏季，地铁车站围岩盾构土体多孔介质中的水蒸气因太阳照射以及夏季室外温升作用，其土体多孔介质中的水分多以气体形态存在于其孔隙中。步骤3：在该车站土体壁面多点每隔2小时连续监测热流密度计测点3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、17的参数变化，且测试日当日因冷空气作用室外空气温度测点在一天内由19.2℃(上午9:30测得)骤降至14.8℃(晚上23:30测得)，导致站厅内空气温度也随之骤降，满足土体壁面侧空气温度骤降的条件；步骤4：由土体热流密度实测值变化图(见图2)可以看出在21：30时热流密度值发生阶跃激增现象(由其他时间段的个位数的W/㎡激增百位数的W/㎡)此即在地铁车站现场实测工作中捕捉到的土体潮涌换热现象。此外，在测试日21:30土体侧站厅壁面热流密度激增判断出此时近壁面站厅空气温度已经降低至壁面附近土体多孔介质中水蒸气饱和温度以下，同时从测试日21:30之后站厅空气侧温度的提升(见图1)可进一步验证此站厅温度的提升来自于围岩土体热流密度激增的放热过程，体现了土体与空气之间的热量平衡。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：在多孔介质土体中加水使其湿润至孔隙中充有液态水；/n步骤2：对土体进行加热处理，使土体中水分以水蒸气气体形式存在于土体孔隙中；/n步骤3：在土体表面布置热流密度计然后使土体周围空气，或者使土体表面，或者使土体整体温度骤降至土体中水蒸气分压力对应的饱和温度以下；/n步骤4：当置于土体表面的热流密度计显示的热流密度值发生阶跃激增现象时，表征多孔介质土体潮涌换热现象发生。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在多孔介质土体中加水使其湿润至孔隙中充有液态水；
步骤2：对土体进行加热处理，使土体中水分以水蒸气气体形式存在于土体孔隙中；
步骤3：在土体表面布置热流密度计然后使土体周围空气，或者使土体表面，或者使土体整体温度骤降至土体中水蒸气分压力对应的饱和温度以下；
步骤4：当置于土体表面的热流密度计显示的热流密度值发生阶跃激增现象时，表征多孔介质土体潮涌换热现象发生。


2.根据权利要求1所示的多孔介质土体潮涌换热现象的捕捉方法，其特征在于：步骤1中在多孔介质土体中加水使其湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽慧，左沪，刘鹏飞，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31