一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统。驱动采集系统在超重力离心机外，多级离心泵和冷却循环水机连接，冷却循环水机经流量计连接到旋转接头，多级离心泵和旋转接头连接；冷却循环水机内装有温度传感器，温度传感器与温度数据采集器相连；旋转接头装在超重力离心机的主轴底座，旋转接头和温度控制系统连接，温度控制系统装在超重力离心机的吊篮上；两个分流器分别作为入出口侧，分流器的分流端口连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管预埋入能量桩内部，形成地下能源结构。本发明专利技术的加热制冷系统采用多级离心泵，并将驱动采集系统布置在超重力离心机外，降低了实验装置受超重力影响，以及采用分流器和温控阀解决了仅能向单一模型施加同一温度荷载的技术问题，并且能提高了温度测量的稳定性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统
本专利技术涉及土木工程和地源热泵技术中的一种超重力环境的加热制冷系统，具体是超重力模拟实验装置中的一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统。
技术介绍
能源地下结构将土木工程和地源热泵技术结合，不仅可以利用地下结构的承载性能，而且可以采集浅层地热能，用于建筑、基础建设和各类环境的供暖与制冷，具有节约能源和减少碳排放的优势，因此受到了工业界与学术界的广泛关注。受气候和季节变化影响，地表浅层土体温度不断改变，研究表明，温度的变化，可能会导致能源地下结构承载力降低，还会产生累积变形，影响其服役性能。因而，研究温度荷载作用下，能源地下结构性能变化具有非常重要的工程应用价值。能源地下结构服役性能衰减问题是一个长历时的科学问题，常规岩土工程试验手段不能有效地解决，超重力离心模型试验通过缩尺效应实现模型重力场与原型重力场相似，并利用缩时效应实现长期过程的模拟，成为研究该问题的有效手段。然而，现有的应用于超重力模型试验的加热制冷系统存在尺寸大，组成复杂的缺点，不易于复制应用。实验装置的性能受到超重力影响，且g值越大，对装置性能的影响越大。且该类装置仅能向单一结构施加温度荷载，无法向多个结构施加不同幅值的温度荷载。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统，解决了实验装置受超重力影响，以及仅能向单一模型施加温度荷载的技术问题，且占地空间小；进一步提供了一种实验室中消除管道中气泡的方法，进而提高了温度测量的稳定性和准确性。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术包括旋转接头、温度控制系统和驱动采集系统，温度控制系统和驱动采集系统构成一个闭合的循环回路；温度控制系统包括两个分流器、多个温控阀、空气阀和硅胶管；驱动采集系统包括冷却循环水机、流量计、多级离心泵、温度传感器和温度数据采集器；驱动采集系统安装在超重力离心机之外，多级离心泵的输出端和冷却循环水机的输入端连接，冷却循环水机的输出端经流量计连接到旋转接头，多级离心泵的输入端和旋转接头连接；冷却循环水机内部安装有温度传感器，温度传感器与温度数据采集器相连；旋转接头安装在超重力离心机的主轴底座上，旋转接头经中间连接管道和温度控制系统的输入端、输出端连接，温度控制系统安装在超重力离心机的吊篮上；两个分流器分别作为入口侧和出口侧，两个分流器的集合端口分别作为温度控制系统的两端，两个分流器以各自的一个分流端口分别连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管预埋入能量桩内部，能量桩硅胶管和能量桩共同形成一个地下能源结构，两个分流器连接有多个地下能源结构，两个分流器在连接地下能源结构后各自剩余的分流端口之间通过硅胶管对应连接；温控阀和空气阀安装在温度控制系统入口侧的分流器一侧的分流端口上。硅胶管和位于温度加载系统入口侧的分流器的分流端口之间通过温控阀连接控制，能量桩的输入端和位于温度加载系统入口侧的分流器的分流端口之间通过空气阀连接。冷却循环水机的输出端和多级离心泵的输入端均经旋转接头在超重力离心机运行下分别和温度控制系统的输入端、输出端连通，使得温度控制系统的热水输入端和冷却循环水机的输出端始终连接，温度控制系统的冷水输出端和多级离心泵的输入端始终连接。所述的多级离心泵和旋转接头之间以及温度控制系统和旋转接头之间均通过尼龙管连通。所述的能量桩安装在超重力离心机吊篮内的测试土体中。所述的冷却循环水机的输出端对多级离心泵泵过来的水进行加热或者制冷后输出，经旋转接头后流通导入温度控制系统的入口端的一个分流器中，一部分水经能量桩传导到测试土体，另一部分经硅胶管流通到温度控制系统的出口端的另一个分流器中，然后流出后再经旋转接头后流通导入回到多级离心泵。本专利技术的有益效果：1、该装置可以在超重力环境下，同时向多个结构施加冷/热荷载和温度循环荷载，达到对结构温度精确控制的目的；2、将冷却循环水机和多级离心泵等主要能动部件放置在地面上，减小了超重力对驱动采集系统性能的影响；3、实验前消除管道中气泡，提高了实验中温度测量的稳定性和准确性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。附图标号说明：(1)冷却循环水机；(2)尼龙管；(3)旋转接头；(4)分流器；(5)温控阀；(6)空气阀；(7)硅胶管；(8)多级离心泵；(9)能量桩；(10)流量计；(11)温度传感器；(12)温度数据采集器。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，具体实施的系统包括旋转接头3、温度控制系统和驱动采集系统，温度控制系统和驱动采集系统构成一个闭合的循环回路；温度控制系统包括两个分流器4、多个温控阀5、空气阀6和硅胶管7；驱动采集系统包括冷却循环水机1、流量计10、多级离心泵8、温度传感器11和温度数据采集器12；驱动采集系统安装在超重力离心机之外，多级离心泵8的输出端和冷却循环水机1的输入端连接，冷却循环水机1的输出端经流量计10连接到旋转接头3，多级离心泵8的输入端和旋转接头3连接；冷却循环水机1内部安装有温度传感器11，温度传感器11经温度数据采集器12和外部的电脑连接；旋转接头3安装在超重力离心机的主轴底座上，旋转接头3经中间连接管道和温度控制系统的输入端、输出端连接，温度控制系统安装在超重力离心机的吊篮上。两个分流器4分别作为入口侧和出口侧，两个分流器4的集合端口分别作为温度控制系统的两端，两个分流器4以各自的一个分流端口分别连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管埋入能量桩9内部，能量桩硅胶管和能量桩9共同形成一个地下能源结构，两个分流器4可以连接有多个地下能源结构，两个分流器4在连接地下能源结构后各自剩余的分流端口之间通过硅胶管7对应连接；温度控制系统入口侧的分流器4的一侧分流端口安装了多个温控阀5和空气阀6。能量桩9安装在超重力离心机吊篮内的测试土体中。多级离心泵8和旋转接头3之间以及温度控制系统和旋转接头3之间均通过尼龙管2连接。温控阀5设置不同的工作模式，通过设置温控阀的开度，从而对入口侧的分流器4分流端口出水流量进行分配调节，开度和流量正相关，且流量大使得温度高，流量小使得温度低，实现按需控制温度的效果。冷却循环水机1的输出端和多级离心泵8的输入端均经旋转接头3在超重力离心机运行下分别和温度控制系统的输入端、输出端连通，使得温度控制系统的输入端和冷却循环水机1的输出端始终连接，温度控制系统的输出端和多级离心泵8的输入端始终连接。旋转接头避免尼龙管道因为一端固定，另一端高速旋转而扭伤。具体实施中在实验前消除管道中气泡，提高实验中温度测量稳定性和准确性的方法，包括以下步骤：首先打开空气阀，并预先设定温控阀开度，然后打开冷却循环水机水箱盖，加蒸馏水至最大水位线，再打开该循环水机的开关，通过其内置水泵，将水箱中的水抽往硅胶管中，直至回路中没有气泡，流量计读数稳定；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统，其特征在于：/n包括旋转接头(3)、温度控制系统和驱动采集系统，温度控制系统和驱动采集系统构成一个闭合的循环回路；温度控制系统包括两个分流器(4)、多个温控阀(5)、空气阀(6)和硅胶管(7)；驱动采集系统包括冷却循环水机(1)、流量计(10)、多级离心泵(8)、温度传感器(11)和温度数据采集器(12)；驱动采集系统安装在超重力离心机之外，多级离心泵(8)的输出端和冷却循环水机(1)的输入端连接，冷却循环水机(1)的输出端经流量计(10)连接到旋转接头(3)，多级离心泵(8)的输入端和旋转接头(3)连接；冷却循环水机(1)内部安装有温度传感器(11)，温度传感器(11)与温度数据采集器(12)相连；旋转接头(3)安装在超重力离心机的主轴底座上，旋转接头(3)经中间连接管道和温度控制系统的输入端、输出端连接，温度控制系统安装在超重力离心机的吊篮上；两个分流器(4)分别作为入口侧和出口侧，两个分流器(4)的集合端口分别作为温度控制系统的两端，两个分流器(4)以各自的一个分流端口分别连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管预埋入能量桩(9)内部，能量桩硅胶管和能量桩(9)共同形成一个地下能源结构，两个分流器(4)连接有多个地下能源结构，两个分流器(4)在连接地下能源结构后各自剩余的分流端口之间通过硅胶管(7)对应连接；温控阀(5)和空气阀(6)安装在温度控制系统入口侧的分流器(4)一侧的分流端口上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统，其特征在于：
包括旋转接头(3)、温度控制系统和驱动采集系统，温度控制系统和驱动采集系统构成一个闭合的循环回路；温度控制系统包括两个分流器(4)、多个温控阀(5)、空气阀(6)和硅胶管(7)；驱动采集系统包括冷却循环水机(1)、流量计(10)、多级离心泵(8)、温度传感器(11)和温度数据采集器(12)；驱动采集系统安装在超重力离心机之外，多级离心泵(8)的输出端和冷却循环水机(1)的输入端连接，冷却循环水机(1)的输出端经流量计(10)连接到旋转接头(3)，多级离心泵(8)的输入端和旋转接头(3)连接；冷却循环水机(1)内部安装有温度传感器(11)，温度传感器(11)与温度数据采集器(12)相连；旋转接头(3)安装在超重力离心机的主轴底座上，旋转接头(3)经中间连接管道和温度控制系统的输入端、输出端连接，温度控制系统安装在超重力离心机的吊篮上；两个分流器(4)分别作为入口侧和出口侧，两个分流器(4)的集合端口分别作为温度控制系统的两端，两个分流器(4)以各自的一个分流端口分别连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管预埋入能量桩(9)内部，能量桩硅胶管和能量桩(9)共同形成一个地下能源结构，两个分流器(4)连接有多个地下能源结构，两个分流器(4)在连接地下能源结构后各自剩余的分流端口之间通过硅胶管(7)对应连接；温控阀(5)和空气阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵蕊，詹良通，梁腾，赵宇，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33