基于MCGS 的岩土热物性测试系统

尹振江 王景刚

岩土体热物性指岩土体热物性参数,是指不含回填料在内的,地埋管深度范围内岩土的综合导热系数和综合比热容等。测试方法一般有实验室法和现场测试法。相对而言,现场测试结果更接近实际情况[1]。

目前热响应测试法是确定岩土热物性参数比较常用的测试方法,它于1983年由Mogensen提出[2],用来在现场确定地埋管换热器周围岩土的导热系数和钻孔热阻。测试原理是通过传热介质在土壤热交换器中循环,在给定的放热量或取热量条件下连续记录流体的进出口温度,并根据温度随时间变化的规律推知土壤的导热系数和钻孔热阻。该方法已经在世界范围内广泛用于地源热泵地埋管换热系统的热工性能测试之中[3]。原则上,热响应测试方法有两种思路:1996年 Eklof和Gehlin[4],1998年Austin[5]提出的电加热器法以及1999年Van Gederl等提出的可逆热泵法,后者的优越性在于可以同时测试放热量和取热量,得到的数据可以通过线源近似法进行分析,或者通过数值参数估计同时计算土壤的多个热力参数,但所需的计算时间较长。

近年来,国内许多大学和科研机构研制出了岩土热物性测试装置[6-11],强有力地推动了地源热泵技术的推广应用。我们也研发了一套基于MCGS岩土热物性测试系统。

1 测试设备的基本原理

综合传热系数指的是地埋管与岩土体之间单位温差时单位孔深的换热量,其计算公式为:

其中,Q为地源侧的换热量,W;K为地层综合传热系数(地埋管每延米的换热量),W/(m·℃);L为钻孔深度,m;tf为埋管内换热介质的平均温度(取出入口温度的平均值),℃;tg为土壤受扰动前的原始温度,℃。……