岩土热响应测试报告.doc

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1、岩土热响应测试报告岩土热响应测试报告 2011年07月15日建设单位：哈尔滨市某公司 建设地点：根据本工程特点和场地范围，地源热泵地埋管换热器地热响应埋管测试采用竖直埋管形式,仅对一个钻孔进行热响应试验,实际测试孔参数如下： 孔径170mm，钻孔深度为自然地面以下124 m，底部4m为淤泥沉降，实际可供埋管深度120m,双U管,管径DN32，材质PE100。 测试目的：通过本次测试，获得埋管与岩土体的岩土热物性参数如：埋管区域内土壤初始地温、岩土体综合导热系数等，为地源热泵系统的设计提供依据。 测试时间：本次试验从2010年10月21日中午13:30开始，2010年10月25日中午12:30结

2、束。 1）测试装置简图 图1 测试装置简图 由图1可知，地源热泵模拟工况条件的设备由可调功率加热器、循环水泵、流量调节阀、涡轮流量计、玻璃管温度计、智能温度采集模块组成。本装置系统功率大（最大可调至13kW）且运行稳定：地埋管内流量、供水温度依据设计要求可手工调节设定。试验采用智能温度采集模块（内含微型计算机）进行数据采集，每隔一分钟采集一次数据，自动存储数据，所测得的岩土体的导热系数、钻孔的热阻等测试精度高。 2）测试方案： 本测试孔基本数据及测试运行工况如表1。 表1 测试孔基本数据 测试孔深（m） 120 U形管外径（mm） 32 测试孔直径（mm） 170 U形管壁厚（mm） 3 埋管

3、类型 双U U形管管脚间距（mm） 70 循环流速(m/s) 0.63 循环流量（L/s） 0.67 导热系数s（W/(mK)） 体积比热容scs（kJ/(m3K)） 测试孔周围岩土 待求 1463.2 3、计算模型 a）线热源模型: 线源模型将钻孔内外的地层视为整体，将埋管换热器看作具有一个当量直径的线热源，通过解一维瞬态热传导问题来确定在线源径向某一平面位置上的地层温度。钻孔周围的传热实际上简化为一维轴对称问题,其控制方程、初始条件和边界条件分别为: 式中 T=T(r,t)t时刻r处的岩土温度，； s岩土导热系数，W/(mK)； T0未受扰动的岩土原始温度，； s岩土的密度，kg/m3；

4、cs岩土的比热，kJ/(kgK)； ql单位长度线热源热流强度，ql =Q/H W/m； rb钻孔半径，m； t时间，s。 理论解析解埋管内流体平均温度 为： 基于线热源理论应用线性拟合法求解岩土的综合导热系数及钻孔内的总热阻。 b）圆柱面热源模型: 圆柱面热源模型是将钻孔看作土壤中的均匀圆柱状热源，并假设钻孔壁处有一恒定热流。在这一模型中，以钻孔壁为界，考虑了钻孔回填部分和周围地层存在的差异。 钻孔周围的传热实际上为一维轴对称问题,其控制方程、初始条件和边界条件分别为: 式中 T=T(r,t)t时刻r处的岩土温度，； s岩土导热系数，W/(mK)； T0未受扰动的岩土原始温度，； s岩土的密

5、度，kg/m3； cs岩土的比热，kJ/(kgK)； ql单位长度线热源热流强度，ql =Q/H W/m； rb钻孔半径，m； t时间，s。 对方程（8）（11）联合求解可以得到以下的解析解： 式中 T=T(r,t)t时刻r处的岩土温度，； T0未受扰动的岩土原始温度，； Q响应测试仪加热功率，W； H钻孔深度，m； s岩土导热系数，W/(mK)； G(Fo，p) 理论积分解G函数； Fo傅立叶准则； 根据理论解析解得到埋管流体的平均温度 的计算公式为： 基于圆柱面热源模型的参数估计法就是根据从总体中抽取的样本估计总体分布中包含的未知参数的方法，当目标函数达到最小值时对应的各项物性值即为待求解

6、的岩土热物性参数最优估计值。数值计算流程参见图2。 4、试验数据处理与结果分析 a）基于线热源模型的线性拟合法参数计算： 从记录的数据中选取整点进出水温度数据，并计算出进出水平均温度及埋管的进回水温差，在恒定流量（G=0.67L/s）的情况下利用计算的实时温差，得到实时的排热量（即排热功率），详见图3。测试从10月21日13:30至10月22日16:30为了得到岩土未受扰动的初始温度，没有进行加热；图示时间起点选为16:30启动加热器开始排热测试的时间，直到2010年10月25日中午12:30结束，共计68个小时。从图中看出测试井排热工况在运行20个小时后趋于稳定，得到了较稳定的供回水温差，测

7、试过程中保持流量恒定，即达到了恒热流测试的条件。 图3 测试孔的进出水温度、温差及排热功率变化情况 去除开始测试时前20组不稳定的测试数据，选取剩余共计48组数据，在时间对数坐标系下得到测试埋管进出水温度变化情况，见图4。由图中可知，R2=0.9221，表明其相关性非常好。 图4 测试孔进出水平均温度的线性拟合 利用线性拟合法得到岩土综合导热系数 （1）测试孔周围的岩土导热系数： b）基于圆柱面热源模型的校核与参数估计法计算 （1）圆柱面热源下参数估计法的计算 编写软件,利用圆柱面热源模型计算不同参数条件下的方差,取测试稳定后48小时的整点数据。从表2、3可以看出当岩土导热系数s=2.0W/(

8、mK)，钻孔总热阻R0=0.030(mK )/ W时，方差最小，此时对应的导热系数和钻孔总热阻即为参数估计法所求参数。 表2 测试孔不同参数条件下的总方差 项目 0.027 0.028 0.029 0.030 0.031 0.032 1.8 52.444 58.219 64.324 70.759 77.525 84.621 1.9 11.744 14.057 16.700 19.673 22.977 12.307 2.0 6.404 5.600 5.126 4.983 5.170 5.688 2.1 27.124 23.499 20.205 17.242 14.609 12.306 2.2 6

9、7.031 60.841 54.983 49.456 44.259 39.392 表3 测试孔不同参数条件下的平均方差 项目 0.027 0.028 0.029 0.030 0.031 0.032 1.8 1.093 1.213 1.340 1.474 1.615 1.763 1.9 0.245 0.293 0.348 0.410 0.479 0.256 2.0 0.133 0.117 0.107 0.104 0.108 0.119 2.1 0.565 0.490 0.421 0.359 0.304 0.256 2.2 1.396 1.268 1.145 1.030 0.922 0.821 （

10、2）利用圆柱热源的校核对比 将采用线性拟合得到的导热系数与钻孔热阻带入圆柱热源模型下的进出水平均温度计算式（13）中，得到计算循环水的平均温度，将其温度变化情况与实测的循环平均温度进行对比，详见图5。 图5 实测平均温度与计算平均温度的对比 由参数估计法计算结果可知，与通过线性拟合的斜率法得到的岩土导热系数（分别2.0和1.73W/(m K)）、钻孔总热阻（分别为0.030和0.0274(mK )/ W），差别不大。从图5也可看出对应计算得到的进出水平均温度非常接近，而且与实测得到的进出水平均温度变化趋势基本一致，反映了计算的准确性。 5、项目所在地岩土柱状图及地下温度分布 施工单位 施工日期

11、 开孔 2010-9-30 钻孔直径 开孔 170mm 终孔 2010-10-2 终孔 170mm 钻机类型 100型 孔深 124m 地表水位 024m 隔离层 2425m 地下水位 2548m 现场负责人 填绘图人 图6 岩土柱状图及地下温度分布情况 6、岩土热物性参数分析 通过以上测试结果分析和计算，相关岩土热物性参数如下： 1）哈尔滨地区，岩土初始地温：7.12； 2）岩土体综合导热系数为1.732.0W/(mK)；设计时建议取1.87W/(mK)； 3）对于双U型埋管，钻孔热阻为0.02740.030 (mK) /W；设计时建议取0.0287W/(mK)。 7、测试条件下换热情况 下

12、面表4是地埋管散热试验的结果。 表4 排热试验结果 井类型 供水 温度 回水 温度 流速 m/s 流量 m3/h 总传热量 kW 每延米 换热量W 双U并联 20.14 17.65 0.63 2.42 7.04 58.67 换热能力与土壤温度以及周边土壤温度场的分布有关。本实验结果是在土壤温度为原始温度条件下测试的，实际运行时，随着时间的积累，土壤温度条件将发生变化，土壤的换热能力比本实验测试值会稍有变化。 评论这张 转发至微博 待添加的隐藏文字内容2转发至微博 0人 | 分享到： 阅读(11)|评论(0)|引用(0)|举报 地板辐射采暖 历史上的今天 相关文章 最近读者 评论 目录 1, b

13、logTag:, blogUrl:blog/static/749086932011615103447567, isPublished:1, istop:false, type:0, modifyTime:1317059648358, publishTime:1310698530132, permalink:blog/static/749086932011615103447567, commentCount:0, mainCommentCount:0, recommendCount:0, bsrk:-100, publisherId:0, recomBlogHome:false, attachm

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15、f /list list a as x if !x /if /list list a as x if !x /if /list list a as x if x_index9break/if if !x $fn2(parseInt(x.date),yyyy-MM-dd HH:mm:ss) /if /list list a as x if x_index4break/if if !x 最新日志 该作者的其他文章 博主推荐 相关日志 随机阅读 首页推荐 更多 对“推广广告”提建议 list a as x if !x $x.nickName|escape 投票给 var first_option = true; list x.voteDetailList as voteToOption if voteToOption=1 if first_option=false,/if “$bvoteToOption_index” /if /list if (x.role!=-1) ,“我是$cx.role” /if $fn1(x.voteTime) if x.userName=/if /if /list 4690183