[发明专利]模拟岩溶区土体三维热渗耦合传递的试验台

说明书

本发明公开了模拟岩溶区土体三维热渗耦合传递的试验台，恒温水浴箱内设有水泵通过pvc管使恒温水浴箱内的热水进行外部循环，土体试验箱采用耐酸碱性能好、抗冲击力强的亚格力板(厚3cm)加工而成，为保证渗流场的均匀、稳定，在内部距箱体左右两侧壁200mm处设置厚20mm可拆卸多孔亚格力板(与箱体有卡槽拼接)，使箱壁与多孔亚格力板中间位置形成水箱。箱体土体填装部分还安装有若干个温度传感器和湿度传感器，整个箱体分7层埋设传感器，渗流层面上下加密布置。本发明的优点是测量土体时不会造成扰动，一体性好，测试精度高。

技术领域

本发明属于环境岩土测试技术领域，涉及可模拟岩溶区土体三维热渗耦合传递的试验台。

背景技术

红黏土是广泛分布于我国云贵高原、两湖两广等地区的一类特殊性土体，因其具有特殊的工程性质，并对工程建设与生态保护等影响巨大而备受学术界关注。相对于一般粘性土来说，红黏土具有特殊的热物理性质，因此，红黏土的热湿传递过程更加复杂。由于岩溶地区一般存在丰富的地下水，因此土体中常常会有饱和-非饱和渗流。地源热泵作为清洁能源，在环保绿色节能理念被日益重视的今天得到了广泛的应用，拥有广阔的市场前景，土壤源热泵系统是通过地埋管与土壤进行热交换，管段既经过包气带，也经过饱水带，且大部分管段位于饱水带。固、液两相的饱和区(带)中，水分的运动以渗流的形式呈现。已有研究表明，地下水渗流(下文简称渗流)可带走土壤积聚的热量且效果明显，也就是说渗流的存在加快了土中热交换的速度。渗流是地源热泵运行特性的动态因素，会对地源热泵运行特性有较大的影响。在实际工况下，合理考虑地下水的渗流作用，可有效改善地埋管长期运行所产生的热堆积现象，从而保证地源热泵系统能够长时间的高效运行。国内外学者分别从试验、模拟等不同角度对渗流条件下地埋管的传热效能进行研究。但是，仍存在一些不足。一方面渗流下三维数值模拟的研究有很多，但建立三维物理模型却很少，实际工程中渗流是三维情况，所以在模拟三维土体渗流时需要建立三维物理模型控制影响因素加以验证；另一方面物理模型实验基本以砂土为实验对象，很少考虑渗流下的饱和-非饱和区红黏土的传热性能，在我国以云贵高原、两湖两广等以红黏土为主地区若要应用地源热泵作为清洁能源，必然会以红黏土作为传热介质，因此建立三维物理模型来模拟研究红黏土作为地源热泵的传热介质，实验数据及方法不仅能为实际工程中热泵系统建设中地埋管的优化设计提供参数，同时也能为解决其他特殊土壤的热量传递提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可模拟岩溶区土体三维热渗耦合传递的装置，解决了现有的测量设备对土体有一定程度的扰动及影响热量在土体中传导的问题。