[发明专利]非恒定功率条件下岩土热物性现场测试方法

摘要

本发明公开了一种非恒定功率条件下岩土热物性现场测试方法。它通过分析出现如电力供应中断和电压波动较大等功率不稳定情况时加热或制冷功率随时间的变化规律，按时间划分成多个区间，每个区间的功率应较为恒定(加热或制冷中断可视为功率为0)，将地埋管的传热过程看成受许多阶跃热流作用，进而将这些阶跃热流分解成多个热脉冲的叠加，在此基础上利用线性叠加原理进行分析和建立数学模型，利用该数学模型并结合参数估计等方法可获得岩土热物性参数。

主权项

1. 一种非恒定功率条件下岩土热物性现场测试方法，其特征是，它的步骤为：1)在需要测量地下岩土热物性参数的现场钻孔并埋设地埋管，地上安装与地埋管联通的测试装置构成闭合回路；2)在回路中充满水或者其它流体，循环流体被加热或冷却并在回路中循环流动将热量或冷量释放给地下岩土；3)现场测试时间持续24-72小时，选择适当的时间步长△τ将整个现场测试的时间划分为n段，n>0；4)当现场测试所施加的加热或冷却功率随时间进行发生变化时，将这种随时间进行变化的热流用热流脉冲来进行表示；即一个作用时间在τi<τ<τi+1之间的单个矩形脉冲可以理解为两个阶跃热流叠加而得到的，以此推导出在对应的传热模型下管内循环流体在热流脉冲的影响下的温度响应公式：当τ＝0，q0＝0；当τ≥0，当τ<0，g(τ)＝0；其中：为指数积分函数；Ti＝＝第i个时刻循环水平均温度，℃；T0＝地下岩土初始温度，℃；k＝地下岩土导热系数，W/m·℃；qi＝第i时刻的热脉冲，即第i个时刻的单位钻孔深度加热或释冷功率，W/m；rb＝钻孔半径，m；R0＝单位长度钻孔内热阻，℃·m/W；τ＝测试时间，s；τi＝第i个时刻的时间，s；a＝地下岩土热扩散率，m2/s；i＝第i个时刻；5)在该数学模型的基础上，采用参数估计方法获得岩土热物性参数。