含水多孔介质材料的传热性质和孔隙流动性质的测试装置

摘要

含水多孔介质材料的传热性质和孔隙流动性质的测试装置，主要包括试验箱体，注水管，给水箱，电磁阀，加热水箱，水泵，截止阀，流量计，集水箱，过滤水箱，热电耦元件。该装置在充满多孔介质材料的试验箱体内，预先埋设了多层网状热电耦元件以及模拟水井的不锈钢注水管。将加热到一定温度的热水，流过试验箱体，用热电耦和流量计连续测试多孔介质材料内水的温度分布和流过介质孔隙水的流量，并由专门的装置连续记录测量数据，得出流动传热的实时图形，以获得含水多孔介质材料的传热和流动性质，该测试装置结构简单，能够模拟地下土壤层中地下水的流动和传热特性，具有实质性的优点和显著进步。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔介质材料的传热和流动性质的测试装置，尤其是一种含水多孔介质材料的传热性质和孔隙流动性质的测试装置，属于地球物理和热工参量测试技术领域。

背景技术

为了研究城市地面沉降和城市地质的热污染情况，需要测试含水多孔介质材料的传热和流动性质，已有技术中，专利号为94103302.3的“弱含水层渗透系数快速测定方法”的发明专利，是对弱含水层的水文地质和渗透系数的测定技术；专利号为01806143.5的“监测海水向沿海城市淡水含水层流动的方法和装置”的发明专利，仅可监测海水移向城市的状况。两项专利技术都不能完成多孔介质含水后传热性质和流动性质的测试。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种测试装置，该测试装置可以测试含水多孔介质的整体传热性质，以及孔隙中水的流动性质。并能够模拟分析在原有多孔介质流动、传热影响下，地热回灌、垃圾渗滤液回灌等情况时，回灌水的温度分布和流动情况。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：在试验箱体内，充满着待测试的多孔介质材料，其中预先埋设了多个热电耦元件。热电耦元件分成几层构成一个网状的结构，这样可以测出整个箱体空间中的温度场。自来水经过浮子控制的进水管进入加热水箱。加热水箱中的水由加热装置加热升温，加热过程的开始和停止由加热装置中的温度控制回路控制。加热到一定温度的水，经电磁阀进入给水箱。根据给水箱中的水位高低控制电磁阀的开闭。由于加热水箱容积比给水箱大许多，给水箱出水相对小，因而可以使得给水箱中的水温基本恒定。给水箱中的水经过六条水管进入充满多孔介质材料的试验箱体内，再分别通过六个流量计回流到集水箱。集水箱中的水位是预先设定的，比给水箱水位低，保证与给水箱水位有一定高度差，通过调节给水箱中的水位来调节试验箱体内水的流速。集水箱中有溢流板，越过溢流板的水通过滤网进入过滤水箱。

试验箱体中预埋了注水管，可模拟预置水井，注水管为壁面开有若干小孔的不锈钢管。在不对注水管注水的测试中，达到设定温度的水进入试验箱体，这时通过热电耦和流量计连续测试多孔介质材料内的水的温度和流过介质孔隙水的流量，并由专门的装置连续记录测量数据，得出流动传热的实时图形，以获得含水多孔介质材料的传热和流动性质。

在对注水管注水的测试中，可模拟地热回灌、垃圾渗滤液回灌等情况，通过流量计和热电耦的测量数据，分析在地热回灌、垃圾渗滤液回灌的影响下，多孔介质材料中水的温度分布和流动情况。当改变注水管的位置时，流量计可以测得距离水井不同距离处的流动情况。注水管中的进水，源于加热水箱，经过水泵加压，经截止阀流入。当进水压力不需要很大时，既定温度的水也可不通过水泵直接进入注水管。当注水管在注水过程中发生阻塞时，必须采取回扬措施。回扬时，通过回扬水泵抽取试验箱体中的水排入过滤水箱。

该测试装置结构简单，能够模拟地下土壤层中地下水的流动和传热特性，具有实质性的优点和显著进步。

附图说明

图1是本发明测试装置的结构原理图。

图中，1是试验箱体，2是注水管，3是给水箱，4是电磁阀，5是加热水箱，6是注水水泵，7是D截止阀，8是加热装置，9是A截止阀，10是B截止阀，11是C截止阀，12是，13是流量计，14是集水箱，15是过滤网，16进水管，17是过滤水箱，18是泄水管，19是热电耦元件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。

如图1所示，本发明包括：试验箱体1，注水管2，给水箱3，电磁阀4，加热水箱5，注水水泵6，D截止阀7，加热装置8，A截止阀9，B截止阀10，C截止阀11，回扬水泵12，流量计13，集水箱14，过滤网15，进水管16，过滤水箱17，泄水管18，热电耦元件19。

在试验箱体1内充满着待测试的多孔介质材料，材料中布置多层网状热电耦元件19。进水管16的一端与自来水相通，另一端伸入加热水箱5内，并与浮球阀连接。加热水箱5中安装带有温度控制的加热装置8，加热水箱5的一个出口通过电磁阀4与给水箱3相连。给水箱3底部通过六条水管与试验箱体1右侧连通。试验箱体1的左侧出口处，上下并列安装着六个流量计13，六个流量计13的出口并联后与集水箱14底部相通。集水箱14出口通过过滤网15连通过滤水箱17，在过滤水箱17底部装有泄水管18。

注水管2是壁面开有若干小孔的不锈钢管，插在试验箱体1内，注水管2进口分成两路，一路通过B截止阀10，与注水水泵6出口相连，另一路通过C截止阀11与回扬水泵12进口相连，注水水泵6进口经D截止阀7与加热水箱5另一出口相连。回扬水泵12出口与过滤水箱17相连。

在注水水泵6出口端与加热水箱5的另一出口端之间的旁通回路上装有A截止阀9。

自来水经过浮子控制的进水管16进入加热水箱5。水由加热装置8加热升温，达到设定温度的水经由电磁阀4进入给水箱3，再经过六条水管进入充满多孔介质材料的试验箱体1内，再分别通过六个流量计13回流到集水箱14。集水箱14中装有溢流板，其水位是预先设定的，集水箱14中的水位始终低于给水箱3中的水位，保证水流顺利流向集水箱14，通过调节给水箱3中的水位来调节水的流速，给水箱3中的水位的控制靠电磁阀4开闭来实现。越过溢流板的水通过过滤网15流入过滤水箱17，最后通过泄水管18外排。

在不对注水管2注水的测试中，达到设定温度的水进入试验箱体1内，这时通过热电耦元件19和流量计13连续测试多孔介质材料内水的温度分布和流过介质孔隙水的流量，并由专门的装置连续记录测量数据，得出流动传热的实时图形，以获得含水多孔介质材料的传热和流动性质；

在对注水管2注水的测试中，可模拟地热回灌、垃圾渗滤液回灌等情况，通过流量计13和热电耦元件19的测量数据，分析在地热回灌、垃圾渗滤液回灌影响下，多孔介质中水的温度分布和流动情况。

当改变注水管2的位置时，流量计13可以测得距离注水管2不同距离处的流动情况。注水管2中的进水，源于加热水箱5，经过注水水泵6加压后，由B截止阀10流入。当进水压力不需要很大时，既定温度的水也可不通过注水水泵6直接进入注水管2。

当注水管2在注水过程中发生阻塞时，必须采取回扬措施。回扬时，通过回扬水泵12抽取试验箱体1中的水排入过滤水箱17。