[发明专利]深部受载岩石三维导热系数实时测试系统

说明书

本发明涉及深部受载岩石三维导热系数实时测试系统，包括6个压头和加热舱，加热舱的壁板中设有加热元件，所述6个压头可操作地置于加热舱内；6个压头两两位于X轴、Y轴、Z轴方向上；至少其中一个压头的前端装有垫块，所述垫块与压头之间设槽装有电加热元件，每个压头前端设孔装有热流传感器和温度传感器。通过电加热元件对试样的单侧加热，使试样产生对向温差，有温差就会有热传导，利用相应侧的热流传感器、温度传感器可测量出该侧的热流量和温度值，继而计算出试样的导热系数。本申请可通过加热舱给整个腔体加温，为试样提供深部温度环境，再通过压头上的电加热元件加温产生对侧温差，利于进行深部受载与真实温度环境下岩石的三维导热系数实时测试。

技术领域

本发明涉及岩石导热系数测试技术领域，尤其涉及深部受载岩石三维导热系数实时测试系统。

背景技术

材料直接传导热量的能力称为热传导率，或称热导率（Thermal Conductivity）。热导率定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量。热导率的单位为瓦/米/开尔文（W/（m·K)）。

导热性质是岩石重要的物理性质之一。其在地热开发及岩土热工程应用中有着重要意义。岩石热导率表示岩石导热能力的大小，即沿热流传递的方向单位长度上温度降低一度时单位时间内通过单位面积的热量。

现有的岩石导热系数测试通常采用热线法，即在试样中置入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线一定距离上的温度变化与试件的关系即可计算出导热系数。这种测试方法需要对岩石进行预处理，改变了岩石的性状。此外，由于测控的存在，无法进行受载条件下岩石三维导热系数的实时测试。因此，当前缺乏可进行深部受载岩石三维导热系数实时测试的技术。

发明内容

本申请为解决上述问题提供一种深部受载岩石三维导热系数实时测试系统。

本申请通过下述技术方案实现：

本申请提供的深部受载岩石三维导热系数实时测试系统，包括6个压头，6个压头两两位于X轴、Y轴、Z轴方向上；至少其中一个压头的前端装有垫块，所述垫块与压头之间设槽装有电加热元件，每个压头前端设孔装有热流传感器和温度传感器。通过垫块对试样的单侧加热，使试样产生对向温差，有温差就会有热传导，利用相应侧的热流传感器可测量出该侧的热流量，通过温度传感器可测量出试样表面的温度，继而实现试样导热系数的测试。

可选的，X轴方向的其中一个压头的前端装有垫块和电加热元件，Y轴方向的其中一个压头的前端装有垫块和电加热元件，Z轴方向的其中一个压头的前端装有垫块和电加热元件。

特别的，垫块对应所述热流传感器、温度传感器的位置有通孔，所述垫块的所述通孔中装有导热垫，前端不设垫块的压头的前端孔中装有导热垫，热流传感器、温度传感器位于导热垫后端。

特别的，每个压头的前端中部设孔装有热流传感器。

可选的，热流传感器和温度传感器集成在一个探头上。

可选的，电加热元件为电阻丝，所述加热垫块背面有用于安装电阻丝的凹槽，电阻丝通过多个间隔布置的陶瓷环固定在槽中，压头扣在垫块背面。

特别的，压头和垫块均为矩形。

可选的，用至少8个高弹性弹性金属片将所述6个压头连接在一起构成。

特别的，用12个弹性金属片将6个压头连接在一起为例，每个压头的四周分别通过一个弹性金属片与四周的4个压头连接。

可选的，同一轴向方向的两个压头之间设有位移检测机构。

特别的，深部受载岩石三维导热系数实时测试系统还包括加热舱，加热舱的壁板中设有加热元件，所述6个压头可操作地置于加热舱内。