黏土热物性参数的灰色关联分析

摘要

土壤源热泵系统是利用地下土壤常年温度相对稳定的特性，通过埋入建筑物底下的地埋管与建筑物内部完成热交换的装置。土壤的热学性质是影响热泵系统运行效率的重要因素。因此，测定土壤的热物性参数（导热系数、热扩散系数）和分析土壤热物性参数在不同水文地质条件下的变化规律是较为重要的问题。 土壤是复杂的多孔多相介质，本文介绍了土壤的热物性参数及其内部的传热机理，按照不同原理对测定土壤热物性参数的方法进行分类，并对影响土壤热物性参数的因素进行特征分析。采用三因素四水平的正交试验法对影响黏土的热物性参数进行试验设计，利用DRE-Ⅲ多功能快速导热系数测试仪测定黏土在不同影响因素下的热物性参数。将影响因素与热物性参数联系起来，运用正交试验极差法与灰色关联分析理论，探讨影响因素对黏土热物性参数的影响程度。为当地岩土体的热性能和土壤源热泵系统的设计提供数据参考。 结果表明，在不同因素、不同水平组合时，黏土的热物性参数有不同的变化。黏土导热系数随着干密度和固结压力的增大而增大，而随着含水率增大导热系数的增长率呈现减小的趋势，且逐渐趋于稳定。黏土的热扩散系数随着干密度的增大大致呈指数关系增长趋势，随着含水率增大到20%时，黏土的热扩散系数会出现一个极大值，随后，热扩散系数趋于稳定。当以热物性参数作为参考序列，其他试验条件作为比较序列时，灰色关联度分析结果表明，对黏土导热系数影响最大的是含水率，其次为干密度和固结压力，此结论与正交试验极差分析的结果保持一致；影响黏土热扩散系数的主要是干密度，其次固结压力对热扩散系数的影响要强于含水率。在正交试验极差分析法中，含水率的对热扩散系数的影响要大于固结压力，但是其主要因素干密度对热扩散系数的影响最大与灰色关联分析法结论保持着一致性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土壤热物性参数研究现状

1.2.2 灰色关联分析的研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 土壤热物性参数测试技术

2.1 基本概念

2.2 热物性参数测试方法

2.2.1 瞬态法

2.2.2 稳态法

2.3 试验仪器基本概况

2.3.1 试验仪器

2.3.2 试验原理

2.3.3 试验仪器的处理

2.4 影响土壤热物性参数因素

第3章 黏土热物性参数试验研究

3.1 试验材料与方法

3.1.1 正交试验

3.1.2 试验设计

3.1.3 材料与制备

3.2 热物性参数试验结果

3.2.1 试验结果

3.2.2 导热系数随影响因素发展规律

3.2.3 热扩散系数随影响因素发展规律

3.3 黏土热物性参数极差分析

3.3.1 导热系数极差分析

3.3.2 热扩散系数极差分析

3.4 本章小结

第4章 黏土热物性参数灰色关联分析

4.1 灰色关联分析法概述

4.2 灰色关联分析

4.2.1 基本概念

4.2.2 基本特征

4.2.3 优缺点及作用

4.3 灰色关联分析基本步骤

4.4 影响因素灰色关联分析

4.4.1 黏土导热系数影响因素灰色关联分析

4.4.2 黏土热扩散系数的灰色关联分析

4.5 极差分析法与灰色关联法对黏土热物性参数分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 总结

5.2 不足与展望

参考文献

致谢