Способ комплексного определения теплофизических свойств грунтов

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСРЕСПУБ/1 ИК 15 6 0 РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИНТ СССР О 30 ПРИ Г А 2222/2 3.11.90, Бюл. К. 43Государственный научно-исследовакий и проектный институт нефтяной иой промышленности им. В.И. МуравЯницкий В.С,За.С.Данизлян,В.А,Таскаев36.6(088,8)вторское свид764, кл. 6 01ванов В.А. и довка для комплических свойей воды в иы докладов Всельской конфетеплофизичетополь, 1987,ст оф Тез дов ств Сев И ским но и проек район ние тских(-5). 0репадУв нагре образвенны емкос фазов(2 1) (22) (46) (71) тель газо ленк (72) цев (53) . (56) 1"ч. 93 РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ етельство СССРМ 25/02, 1982.р, Автоматизированнаяексного измерения тепств и количества незаротаивающих средах:есоюзной научно-исслеренции "Методы и средских измерений",ч. 1, с, 32-33,обретеине относится к теплофизичезмерениям и может быть использовари инженерных изысканиях и ировании зданий и сооружений для в Крайнего Севера.лью изобретения является повышечностти определения теплофизичевойств в диапазоне температур С путем обеспечения заданного петемпературы по толщине образца.личение мощности источника тепла, гющего замороженный исследуемый ц, в 5,10 раз обусловлено сущестувеличением эффективной теплоги грунтов в области активного го перехода (-5)0 С, что позволяет СОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ(57) Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения теплофизических свойств заморожен н ы х грунтов. Цел ь изобретения - повышение точности определения теплофизических свойств в диапазоне температур,(-5)0 С путем обеспечения заданного перепада температур по толщине образца, Замороженный грунт в процессе испытаний монотонно нагревают источником тепла с одновременным измерением теплового потока, входящего в образец грунта, и перепада температуры по его толщине. В области активного фазового перехода (-5)0 С мощность источнимка тепла увеличивают в 510 раз по отношению к мощности в остальных диапазонах температур, 3 ил. обеспечить заданный оптимальный перепад температуры по толщине образца,На фиг. 1 приведен пример реализации предлагаемого способа с помощью плоского круглого нагревателя; на фиг. 2 - динамика изменения температуры на поверхности нагревателя Т 1 и на холодной поверхности образца Т 2: на фиг. 3 - расчетная схема, используемая при выводе формулы определения коэффициента теплопроводности.Способ осуществляется следующим образом.Образец 1 грунта делится на две равные части, размещается в ячейке 2 и замораживается, Далее ячейки с мерзлым грунтом размещают в теплоизоляционной камере 3 и осуществляют нагрев грунта в монотон 1608537ном режиме с помощью электрического нагревателя 4, обеспечивая перепад темепратур между нагревателем 4 и стенкойкамерь 1 2 ЛТ,не менее О,ЗОС и не более1,5 С. Контроль за величиной ЛТ осуществляется с помощью дифференциальных термопар 5,Процесс нагрева должен быть организован тэк, чтобы в течение всего эксперимента перепад температур междунагревателем и холодной стенкой был в диапазоне 0,3 - 1,5 С, Нижний предел 0,3 Собусловлен точностью измерения температуры существующими датчиками и приборами. Верхний предел температурногодиапазона определяется характернымиособенностями фазовых переходов влаги вдисперсных материалах и должен быть неболее 1,5 С для обеспечения условий однородного фазового перехода влаги во всемобъеме, При больших перепадах температуры распределение внутрипорового льда вдисперсных материалах не может быть при. нято однородным во всем объеме,Проведение исследований при постоянной скорости нагрева не решает задачи, тэккак если вне зоны активных фазовых переходов обеспечивать перепад температурыне более 1,5 ОС, то непосредственно внутриэтого диапазона при этой же скорости нагрева замерить перепад температур не удается из-за его малости. Еслиориентироваться на полутороградусный перепад внутри зоны активных фазовых переходов, то вне его при той же скоростинагрева разность температур становитсянастолько больше, что не позволяет достаточно надежно определить теплофизические свойства.Расчетная формула для, определениятеплопроводности грунта находится из решения задачи теплопроводности в одномерной постановке. Уравнениетеплопроводности при условии малости перепада температуры грунта ЛТ = Т 1 - Т 2 вграничныхточках х=О, х=Ь(фиг,3) можнозаписать в формуледТ дТСэф - = Лдс дх 2(1)где Сэф - кажущаяся объемная теплоемкость грунта, Дж/м К;Т - температура грунта, С;Л - коэффициент теплопроводностигрунта, Вт/м К;х, с - пространственная и временнаякоординаты.Представим профиль температуры в образце в виде параболыТ=С 1(с) хг+С г(с) х+Сз(с)(2)(6) Способ комплексного определения теплофизических свойств грунтов позволяет повысить точность измерений путем полного учета тепловой энергии, идущей на нагрев образца, а также дает возможность определять температурную зависимость где С 1, С 2, Сз - эмпирические коэффициенты,Используем граничные условият х=о=т 1(с) - Сз=т 1(с), (3)Т 3 х=В=Тг(с) ф С 1(с)в + (4)(5)где 5 - площадь боовой поверхности ячейки для размещения образца, откуда, используя (2), можно записатьГ 2(1) = 2-,Из (3), (4) и (6)С 1(с) = -- ЛТ).Дифференцирование по времени коэффициентов С 1, С 2, СЗ дает125 С 1 = - г (2 - . - ЛТ ), С г(с )= -С з( с ) =-Т ",( с ).Вновь возвращаясь к (2), можно записать30 2 С 1, С 1(с)х +С 2(с)+С з(с),дхВычислим эти величины при Х = 0 и подставим в уравнение (1):35 в 2 25с ф(Т 1) т 1(с)= (с ЛТ) =щ 1) балтоткуда40 Л,= - 1 т ( Сэфт 11(с , (7)Необходимо учесть, что образец теплоизолирован (фиг. 3)Сэф =С ( 1 )4 Ч д 3,дТОтсюда в приближениидс- со Т 1СэфТ 1( С )=,дТчгде Ч =2 ЯЬ - полный объем ячейки.Учитывая это соотношение, (7) преобразуется к окончательному видуЛ -1 б 08537 толщине с последующим вычислением искомых характеристик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения теплофизических свойств в диапазоне температур (-5)0 С путем обеспечения заданного перепада температуры по толщине образца,в указанном диапазоне температур мощность источника тепла увеличивают в 5,10 раз по отношению к мощности в остальных диапазонах температур. физических характеристик, включая фазового перехода внутрипоровой теп озон вла и ормула изобретения 5 особ комплексного определения тепических свойств грунтов, включаю- замораживание образца грунта, онный его нагрев источником тепла рацию теплового потока, входящего 10 зец, и перепада температуры по его Фаг 5ставитель В,Марченкохред М.Моргентал Коррект Ред Л.Бескид Тираж 49 енного коми.13035, Моске Подп по изобретениям и Ж; Раушская нэбда тельский комбинат "Патент" нноф Сп лоф з щи мон т рег ст во ра сноеткрьггиям при ГКНТ СССР Ужгород, ул.Гагарина, 101