基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统，涉及导热系数测量技术领域

【技术实现步骤摘要】
基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统


[0001]本专利技术涉及导热系数测量
，特别是涉及一种基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统
。

技术介绍

[0002]土体导热系数是影响土体传热过程中的温度分布以及热量传递的一个重要参数
。
目前，学者针对土体导热系数的测量方法开展了大量研究工作
。Stanko
等考虑了探针与周围环境之间的热容和接触热阻，提出了一种利用球形探针沿光缆安装路径测量土壤热特性的方法
。
于明志等提出了一种基于线热源模型的用于竖直埋管与周围岩土的传热分析模型，该方法回避了钻孔中埋管的位置及回填料物性等参量带来的误差，有效减少了所需确定的参数
。
程文龙等基于随机近似热探针方法，在充分考虑探针自身参数和接触热阻影响的基础上，建立了土壤的多物性快速测量系统，并对不同含水率土壤的导热系数等进行了现场测量
。
张三定等采用热针法测试了武汉地铁二号线隧道围岩的热物理参数，研究表明，土的含水率和密度越大，土的导热系数就越高
。
[0003]目前的研究大体将土体导热系数测量方法分为热探针法和热响应测试法
。
其中，热探针法是通过探针获取导热系数的一种点式测量方法，它受传感器限制而只能进行点式测量，具有一定的局限性
。
对于传统的热响应测试法，目前最常用的是
Mogensen
提出的热响应测试法，该方法的缺点在于需要加热功率
、
流速以及进出口水温等众多参数通过一定的传热模型反演，才可得到岩土体综合热物性参数值
。
[0004]综上，对于土体导热系数的测量方法，找到一种能实现连续分布式测量
、
操作简单仅需少量参数就可得到土体导热系数的方法是十分有必要的
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统，可实现连续分布式测量且操作简单仅需少量参数就可得到土体导热系数
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统，包括：
[0008]供水系统
、
土体渗流及温度测试系统
、
数据采集及分析系统和加热系统；所述土体渗流及温度测试系统包括模型箱；所述数据采集及分析系统包括分布式光频域应变温度分析仪
、
测温光纤
、
点式温度计和点式测温系统；
[0009]所述模型箱的下部设置进水口，所述供水系统与所述模型箱的进水口连接，所述模型箱内填有试验土样，所述测温光纤埋设在所述模型箱内的试验土样中，所述点式温度计设置在所述测温光纤上，所述点式温度计与所述点式测温系统连接，所述测温光纤分别与所述加热系统以及所述分布式光频域应变温度分析仪连接，所述分布式光频域应变温度分析仪用于间隔设定时间对所述测温光纤中的光信号进行采集和解析得到所述测温光纤测量的温度，所述点式测温系统用于对点式温度计测量的温度进行实时获取，所述点式温
度计测量的温度用于对所述测温光纤测量的温度进行校核比对；所述测温光纤测量的温度用于计算所述试验土样的导热系数
。
[0010]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0011]本专利技术提供的基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统包括：供水系统
、
土体渗流及温度测试系统
、
数据采集及分析系统和加热系统；土体渗流及温度测试系统包括模型箱；数据采集及分析系统包括分布式光频域应变温度分析仪
、
测温光纤
、
点式温度计和点式测温系统；模型箱的下部设置进水口，供水系统与模型箱的进水口连接，模型箱内填有试验土样，测温光纤设置在模型箱内的试验土样中，点式温度计设置在测温光纤上，点式温度计与点式测温系统连接，测温光纤分别与加热系统以及分布式光频域应变温度分析仪连接，分布式光频域应变温度分析仪用于间隔设定时间对测温光纤中的光信号进行采集和解析得到测温光纤测量的温度值，点式测温系统用于对点式温度计测量的温度进行实时获取，点式温度计测量的温度用于对测温光纤测量的温度进行对比校核，测温光纤测量的温度用于计算试验土样的导热系数，通过测温光纤可实现连续分布式测量且操作简单仅需温度就可得到土体导热系数
。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0013]图1为本专利技术实施例提供的基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统结构框图；
[0014]图2为加热过程中的热量传播示意图；
[0015]图3为不同含水率下测温光纤测量值的温升和温降曲线图
(P
＝
3.07W/m)
；
[0016]图4为当
P
＝
3.07W/m
，
ω
＝
0.7
％时，温升率随时间的变化曲线图；
[0017]图5为温升特征值与含水率的关系曲线图
(P
＝
3.07W/m)
；
[0018]图6为不同渗流速度下测温光纤测量值的温升和温降曲线图；
[0019]图7为渗流条件下温升特征值与渗流速度的关系曲线图；
[0020]图8为测温光纤在不同加热功率下的测量值的温升和温降曲线图；
[0021]图9为非渗流条件下温升特征值与加热功率的关系曲线图；
[0022]图
10
为测温光纤在不同加热功率下的测量值的温升和温降曲线图；
[0023]图
11
为渗流条件下温升特征值与加热功率的关系曲线图；
[0024]图
12
为热导系数测量值随含水率率变化的曲线图；
[0025]图
13
为热导系数测量值随渗流速度变化的曲线图；
[0026]图
14
为非渗流条件下导热系数实测值随加热功率变化的曲线图；
[0027]图
15
为渗流条件下导热系数实测值随加热功率变化的曲线图；
[0028]图
16
为通过不同方法获得的热导系数与含水率的关系曲线图
。
[0029]符号说明：
[0030]供水系统
—1
，土体渗流及温度测试系统
—2
，数据采集及分析系统
—3
，加热系
统
—4
，循环水箱
—11
，水泵
—12
，进水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统，其特征在于，包括：供水系统
、
土体渗流及温度测试系统
、
数据采集及分析系统和加热系统；所述土体渗流及温度测试系统包括模型箱；所述数据采集及分析系统包括分布式光频域应变温度分析仪
、
测温光纤
、
点式温度计和点式测温系统；所述模型箱的下部设置进水口，所述供水系统与所述模型箱的进水口连接，所述模型箱内填有试验土样，所述测温光纤埋设在所述模型箱内的试验土样中，所述点式温度计设置在所述测温光纤上，所述点式温度计与所述点式测温系统连接，所述测温光纤分别与所述加热系统以及所述分布式光频域应变温度分析仪连接，所述分布式光频域应变温度分析仪用于间隔设定时间对所述测温光纤中的光信号进行采集和解析得到所述测温光纤测量的温度，所述点式测温系统用于对点式温度计测量的温度进行实时获取，所述点式温度计测量的温度用于对所述测温光纤测量的温度进行校核比对；所述测温光纤测量的温度用于计算所述试验土样的导热系数
。2.
根据权利要求1所述的基于光频域反射技术的土体导热系数测量系统，其特征在于，所述供水系统包括：循环水箱
、
水泵和进水箱；所述水泵设置在所述循环水箱的内部，所述水泵用于将所述循环水箱内的水抽取到所述进水箱内，所述进水箱的上部设置排水口，所述进水箱的出水口与所述模型箱的进水口连接
。3.
根据权利要求1所述的基于光频域反射技术的土...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琳，张宇恒，张安安，孙永康，曹阳，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：