煤岩导热特性实验及其对围岩温度场影响

为研究煤和岩石的导热特性对围岩温度场的影响,选取多个矿井的煤、岩样品,采用LFA457型激光导热系数测试仪测定不同温度下煤和岩石的热物理参数.根据实验得到的煤岩热物理参数,采用数值模拟的方法研究围岩热物理参数对围岩温度场的影响规律.研究结果表明:煤的热扩散系数和导热系数远小于岩石的热扩散系数和导热系数,而煤的比热容普遍高于岩石的比热容;煤和岩石的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高而呈幂函数关系减小,而其比热容随着温度的升高呈线性增加.围岩热物理参数不同时,调热圈半径与围岩热扩散系数呈幂指数关系递增,壁面与风流温差随蓄热系数增加而线性增大.     

石灰改良红黏土导热系数影响因素及模型预测

导热系数是研究温度场的重要参数,基于石灰与红黏土酸碱互损随时间的演化,利用瞬态热线法导热系数仪,研究含水率、干密度以及龄期对石灰改良红黏土导热系数的影响,并建立经 验函数和BP神经网络预测模型。结果表明：石灰改良红黏土的导热系数随含水率的增加呈指数增长,随干密度的增加呈线性增长;在15-27%含水率范围内,其导热系数平均增长53.87%;在1.25-1.65 g·cm?3干密度范围内,其导热系数平均增长87.06%;改良土导热系数随龄期的增加呈指数降低,降低速率逐渐减小,最终有趋于稳定的趋势,在龄期90 d范围内,导热系数平均降低16.6%。经验证分析,两种模型的整体误差均小于10%;可以很好的描述石灰改良红黏土的导热系数随影响因素的变化情况。该规律以及模型,可以为日后相同土样进行石灰改良提供参考。     

基于matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理研究

为探讨黏土孔隙参数对其导热系数的影响,以武汉地区黏土为研究对象进行了导热系数试验,通过CT扫描获得了不同干密度、固结压力下黏土的高精度图像,利用Matlab2016B和ImageJ图像处理软件识别出土样孔隙参数。试验结果表明：控制黏土土样含水率25%不变,干密度一定时,其导热系数随固结压力的增大而增大,增幅保持在0.34%~3.58%之间;固结压力一定时,其导热系数随干密度的增大而增大,增幅保持在2.34%~12.2%之间。比较发现,干密度的变化对黏土导热系数影响程度明显高于固结压力的变化,同时黏土导热系数受土样细观结构中的孔隙数目、面积及孔隙率综合影响     

基于Matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理

为探讨黏土孔隙参数对其导热系数的影响,以武汉地区黏土为研究对象进行了导热系数试验,通过CT扫描获得了不同干密度、固结压力下黏土的高精度图像,利用Matlab2016B和Image J图像处理软件识别出土样孔隙参数。试验结果表明:控制黏土土样含水率25%不变,干密度一定时,其导热系数随固结压力的增大而增大,增幅保持在0.34%～3.58%;固结压力一定时,其导热系数随干密度增大而增大,增幅保持在2.34%～12.20%。比较发现,干密度的变化对黏土导热系数影响程度明显高于固结压力的变化,同时黏土导热系数受土样细观结构中的孔隙数目、面积及孔隙率综合影响。     

废旧轮胎-砂颗粒轻质填料导热特性及预测模型

为了研究废旧轮胎-砂颗粒轻质填料的导热系数特性,降低废旧轮胎颗粒对地下散热构筑物的热量累积影响,采用室内热探针测试技术与电镜扫描技术,分析了含砂率、含水率、干密度和粒径对废旧轮胎-砂轻质填料导热系数的影响以及废旧轮胎-砂轻质填料的微观传热机理,提出了简化的废旧轮胎-砂导热系数多元线性回归预测模型.结果表明:废旧轮胎-砂轻质填料导热系数随含水率增加可分为增长区和稳定区,且临界含水率达到6%;砂粒径越大,旧轮胎-砂轻质填料导热系数越大;当含砂率小于40%时,废旧轮胎-砂轻质填料导热系数随干密度增加呈抛物线增长;当含砂率大于60%时,废旧轮胎-砂轻质填料导热系数随干密度增加呈线性增长;废旧轮胎-砂颗粒轻质填料的主导传热连,随着含含砂量的增加,由橡胶-橡胶传热链向砂-砂传热链转变.废旧轮胎-砂颗粒轻质填料导热系数回归预测模型具有良好的精度,能够为轻质回填料中的热构筑物周围温度场的分析提供更加合理的热学参数.     

徐州丰县地区浅层土热物理性质测试与分析

土体的热物理参数对浅层地热能开采、工程建筑的施工、设计等都有着重大的意义,研究土体的热物理性质需紧密结合土体的含水量、密度等参数。文章通过现场对徐州浅层土体的导热系数、比热容、导温系数进行测定,结合相关室内实验,对实验数据进行相关拟合,研究并分析了导热系数、比热容、导温系数随密度、含水率的变化特征。研究表明:随着土体密度的增加,导热系数直线递增,比热容先递增后下降,与密度呈二次函数关系;在土体含水率增加的过程中,导热系数先递增后趋于稳定,比热容呈明显的直线递增趋势;土体导温系数的增减取决于导热系数λ和ρc因子(密度和比热容的乘积)的比值,该试验导温系数随含水率和密度整体呈上升趋势。试验结果定量统计了徐州丰县地区热物理性质参数的变化特征,可为地热系统及存在热流传播的地下工程提供理论指导。     

辽宁省主要城市浅层地温能赋存条件及特征

为研究岩土体的热物理参数变化规律等浅层地温能赋存特征,运用现场热响应试验和实验室测试分析等研究手段对岩土体导热系数(热导率)、孔隙度、比热容等参数进行科学分析,利用IGSHPA线热源模型和INGERSOll圆柱热源模型开展导热系数变化特征分析.研究结果显示,区内地层平均导热系数为1.68～3.44 W·(m·K)~(-1),高值区位于基岩山区.地层初始地温范围为10.80～15.80℃,高值区位于东、西两侧基岩山区及山前地带.在天然含水率条件下,岩土体的导热系数随含水率、颗粒密度、孔隙度的变化规律趋势明显,即随含水量的增大而逐渐减小,随颗粒密度的增加而增大,随孔隙度的增加而逐渐降低.随钻孔直径的增加,钻孔导热系数减小,钻孔热阻明显增加.以与初始地温差1.0°作为地温恢复的标准,黏性土地层恢复期需要5d,中粗砂地层恢复期为3d;以与初始地温差0.5°作为地温恢复的标准,黏性土地层恢复期需要15d,中粗砂地层恢复期为7d.     

铜尾矿砂改良红黏土导热性能试验研究

回填土导热性能是直埋电缆载流量的重要影响因素之一。为探究各因素对改良红黏土导热性能的影响规律,制备不同掺砂率、干密度、含水率的试样,在恒温密闭的条件下,采用瞬态热线法测试试样导热系数,分析掺砂率、干密度、含水率对改良土导热系数影响规律。研究结果表明：铜尾矿砂对红黏土导热系数具有较好的改良作用,改良土的导热系数随着掺砂率、含水率均呈现线性增长。改良土导热系数随着干密度的增大,其增长趋势具有阶段性,当改良土的干密度大于1.65 g˙cm-3^时,导热系数的增长速率明显减小。铜尾矿砂对改良土导热系数的影响在于其中大量石英改善了固体骨架之间的传热效率。含水率和干密度对改良土导热系数的影响,主要在于其使改良土的三相传热方式发生了改变。基于测试结果,构建预测改良土导热的新模型,其能够较好预测改良土导热系数。     

超临界CO_2钻井井筒内流动参数变化规律

优选适用于超临界CO_2钻井井筒温度和压力条件下的CO_2物性参数计算方法,基于井筒中CO_2的物性变化规律,以比焓为研究对象,建立超临界CO_2钻井井筒流体流动控制方程组,分析超临界CO_2流体物性参数变化对井筒内流动规律的影响。计算结果表明:在超临界CO_2钻井井筒温度和压力条件下,采用Span-Wagner方法和V-W方法计算CO_2的物性参数平均计算误差最小,分别在0.5%和1.5%以内,相对于其他方法计算精度更高;随井深的增加,钻杆内和环空中CO_2密度、黏度和导热系数逐渐减小,比热容先增大后减小;受物性参数变化的影响,环空流体流速和动能沿井深逐渐增大,携岩能力逐渐增强,流体压力沿井深的变化趋势呈非线性;忽略密度、黏度、比热容、导热系数等物性参数的变化会导致CO_2携岩能力、井底压力和井筒温度分布的计算误差,算例中各误差分别在10.7%、7.9%和1.1%以内。     

孔隙率与饱和度对粉土导热特性的影响

为了研究孔隙率与饱和度对粉土热物理特性的影响,采用ISOMET热特性分析仪对苏州粉土、郑州粉土的重塑样及原状样热物理参数进行测试,从土体三相构成角度分析了粉土热物理参数(导热系数和体积比热容)与孔隙率及饱和度的演化关系。结果表明:当孔隙率一定时,粉土导热系数和体积比热容都随着饱和度增大而增大。粉土的饱和度存在一个临界值,当饱和度小于该临界值时,体积比热容随着孔隙率的增大而减少。孔隙率、饱和度与导热系数成非线性关系,与体积比热容成线性关系。     

三相土壤分形导热系数模型

土壤热导率的预测准确性对地源热泵和钻孔热能等地热相关结构设计至关重要,基于土壤复杂、随机、自相似性的微观结构特征,使用分形理论,考虑土壤的孔隙率和颗粒排列等参数对土壤弯曲度的影响,建立三相土壤有效导热系数毛细孔物理模型和对应的有效导热系数数学模型,将模型预测结果与已有实验数据进行了对比。结果表明：增加土壤颗粒排列等参数后的模型对孔隙率在0.21～1的土壤热导率预测有较高的准确性,且不同孔隙率的三相土壤热导率与土壤颗粒排列阻塞参数有关,孔隙率越大、阻塞参数越小模型预测越接近实验结果;弯曲度改变对热电比模型的串并联比例有直接影响,土壤颗粒排列对弯曲度的影响随孔隙率的增大而减小,弯曲度与三相土壤热导率的变化趋势成反比。相关结果有助于地埋管与管外三相土壤换热效率的研究。     

寒区冻土层含冰孔隙结构导热模型构建及应用分析

冻土主要由固、液和气三相物质构成,其中固体可以看成骨架,另外两相物质填充在孔隙中,是典型的多孔介质。寒区冻土层融沉过程中,其中的孔隙结构、矿物颗粒和含冰量等参数变化幅度较大,导热系数等热物性参数随之变化,目前在精细表征和分析研究方面存在一定不足。针对含冰冻土,采用多孔介质描述方法,考虑其相态变化特性,将其分为未冻区、融化区、固结区及已冻区;基于表征单元体(representative elementary volume, REV)方法,结合冻土物理学和传热传质学理论,构建了冻土层导热分析模型,包括微观模型和宏观分析模型;以寒区土壤冻融过程为例进行模拟计算,分析了孔隙率、含水率、含冰率以及通道构成系数等对冻土导热系数的影响规律。所建模型可为寒区冻土传热机理分析及导热特性研究提供理论基础。     

昆明盆地浅层岩土体热物性规律的试验分析

岩土热物性参数是地源热泵工程建设设计的重要指标。至2010年,昆明盆地尚未开展浅层地温能调查评价工作,可参考地源热泵工程建设无岩土热物性资料。本文通过水文地质钻探取样,试验测试获得岩土体热导率、比热容与岩土物理参数,对岩土体热物性与物理性质的关系进行分析,总结得出了昆明盆地岩土体热物性的规律。     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定.两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律.通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响.将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验.两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著.在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际.     

液氮冷却作用下三类高温岩石力学性能试验研究

为了研究液氮冷却对高温岩石物理力学性能的影响，对不同温度下(25~350℃)的花岗岩、片麻岩和砂岩试样进行液氮冷却处理，开展了一系列的物理力学试验研究，结合微观观察结果分析了各类岩石的损伤机理.结果表明，提高加热温度能够加剧液氮对岩石内部结构的损伤，随温度的升高，岩石的孔隙率、峰值应变逐渐增大，而纵波波速、抗压强度和弹性模量则相反.高温和液氮冷却所产生的热应力导致岩石内部裂纹的萌生和扩展，且微裂纹主要沿石英矿物边界发育.随着加热温度的升高，微裂纹的数量呈逐渐增加的趋势，这是岩石宏观特性退化的主要原因.三类岩石对加热和液氮冷却处理的敏感度不同，这与岩石在成岩作用、矿物成分、胶结类型以及孔隙结构方面的差异有关.     

Effects of frost action on soil physical properties of plough pan

Undisturbed soil cores of loamy clay plough pan were subjected to the treatments of freezing and thawing in laboratory. The effects of frost action on its bulk density, porosity, and hydraulic conductivity were investigated. The results indicate that freezing and thawing significantly reduced the bulk density of plough pan and increased its porosity and hydraulic conductivity. The reduction in the bulk density was closely related to the average daily soil minimum temperature and soil water content.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

温度、压力对莺-琼盆地储层岩石物性影响的实验研究

为探讨温度、压力的变化对储层岩石物性的影响,利用高温高压岩石物性参数测试系统对莺-琼盆地中深层砂岩储层岩样进行了气体介质的变温及高温变围压孔隙度和渗透率测试。实验结果表明,莺-琼盆地储层岩石在高温下的热膨胀会造成岩石的孔隙度和渗透率出现轻微下降,热膨胀效应对孔隙度影响很小(变化率3%),对渗透率的影响相对明显(平均变化率8%),且喉道越小,影响越大。在高温条件下(170℃),压力因素引起孔隙度和渗透率的下降幅度要大于单一温度的影响,岩石孔隙度的变化主要受初始孔隙空间大小及泥质含量的控制,而高温条件对岩石的渗透率降低有抑制作用。实验岩石表现出的温度及压力敏感特性主要受岩石刚性颗粒含量及胶结强度的控制。