[发明专利]一种岩土体综合导热系数和比热容的测试系统及测试方法

权利要求书

1.一种岩土体综合导热系数和比热容的测试系统，其特征在于：包括加热装置与量测装置，所述加热装置包括保温水箱、电加热棒、水泵、保温进水管、保温回水管、热交换管、平衡阀，所述量测装置包括岩土体温度传感器、流体温度传感器和流量计。在保温水箱内设置电加热棒，水泵设置在保温进水管上，在保温回水管上设置流量计和平衡阀，热交换管的两端分别连接保温进水管与保温回水管。

2.根据权利要求1所述的岩土体综合导热系数和比热容的测试系统，其特征在于：所述岩土体温度传感器设置在测温孔和测试孔内，所述流体温度传感器设置在热交换管上。所述热交换管设置在测试孔内。

3.一种根据权利要求1所述的岩土体综合导热系数和比热容的测试系统的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）设置测试孔、测温孔；

2）在热交换管上分别安装流体温度传感器和岩土体温度传感器，在将热交换管设置在测试孔内，在测温孔内安装岩土体温度传感器；

3）运行加热装置，并监测热交换管内流体与岩土体温度，并绘制岩土体温度随时间变化的热响应曲线；

4）利用温度响应计算公式和岩土体热响应曲线反演岩土体的综合导热系数和比热容。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：所述测试孔与测温孔任意一点的温度响应计算公式为：

其中：

q_l(t)=ρ_lc_lvΔT(t)            (2a)

ψ′=k₁[akJ_n(r_bu)Y′_n(ar_bu)-J′_n(r_bu)Y_n(ar_bu)](2c)

f′=k₁[akY_n(r_bu)J′_n(ar_bu)-Y′_n(r_bu)J_n(ar_bu)] (2d)

g′=k₁[akY_n(r_bu)Y′_n(ar_bu)-Y′_n(r_bu)Y_n(ar_bu)] (2e)

α₁＝k₁/ρ₁c₁                                 (2f)

α₂＝k₂/ρ₂c₂                                 (2g)

k=k₂/k₁                                       (2h)

式中：J_n和Y_n为第一类和第二类贝塞尔函数；角标1和2分别代表钻孔内区域和钻孔外区域；T₁(r,θ,t)代表钻孔内任一点的温度；T₂(r,θ,t)代表钻孔外任一点的温度；k₁、c₁和ρ₁分别代表钻孔内岩土体的导热系数、比热容和密度；k₂、c₂和ρ₂分别代表钻孔外岩土体的导热系数、比热容和密度；c_l和ρ_l分别代表热交换管内流体的比热容和密度；v代表热交换管内流体的流量；ΔT(t)代表热交换管内相邻流体温度测点的温差；r_b为钻孔半径；r和θ为温度测点的坐标；t为时间。