土壤熱物性參數(shù)測試及變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國能源總量豐富，但人均能源可采儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于世界平均水平。從2003年起，我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國的石油消費(fèi)大國，發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”、“可再生能源”成為我國乃至世界各國實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。淺層地溫能具有清潔環(huán)保、再生迅速、可循環(huán)使用的優(yōu)勢(shì)，因此淺層地溫能的開發(fā)利用工程迅速成為國內(nèi)外學(xué)者、工程師的關(guān)注熱點(diǎn)，其中土壤源熱泵系統(tǒng)因其良好的穩(wěn)定性、環(huán)保性在近些年獲得國家的大力推廣。
　　在土壤源熱泵系統(tǒng)中，土壤的換熱性能是決

2、定系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的關(guān)鍵，而固、液、氣三相結(jié)合的土壤間各因素的相互影響，使其導(dǎo)熱機(jī)制更加復(fù)雜，很難通過理論計(jì)算得出反映土壤熱物性的參數(shù)值。因此，進(jìn)行不同類型土樣的基本參數(shù)和熱物性參數(shù)測試，就成為研究土壤換熱性能的關(guān)鍵。
　　本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)土壤熱物性參數(shù)隨基本物性及水力參數(shù)的變化規(guī)律展開研究。首先通過顆粒配比制備不同含水率下粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂和粘土5種類型的土樣，并測定它們的密度、比重、孔隙度、滲透系數(shù)等基本物性及水力參數(shù)，

3、隨后采用熱探針法、平板法2種實(shí)驗(yàn)方法測定土樣的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和導(dǎo)溫系數(shù)等熱物性參數(shù)，然后分析研究了含水率對(duì)土壤熱物性的影響規(guī)律。另外，本文還選取中砂為研究對(duì)象，進(jìn)一步測定分析了孔隙度、滲透系數(shù)對(duì)土壤熱物性的影響規(guī)律。
　　結(jié)果表明，5種土的導(dǎo)熱系數(shù)均隨含水率的增加而增大，但不是線性增加，而是呈現(xiàn)出階段性變化。含水率在0～20％范圍內(nèi)時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)由大到小順序?yàn)榇稚?、中砂、?xì)砂、粉砂和粘土。含水率大于20％時(shí)，中砂、細(xì)砂、粉砂的導(dǎo)熱

4、系數(shù)變化趨平并呈現(xiàn)輕微下降趨勢(shì)。含水率大于25％時(shí)，粘土的導(dǎo)熱系數(shù)才呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。5種土的比熱容隨均隨含水率的增加而增大，且在含水率10％～20％之間增長最為迅速。導(dǎo)溫系數(shù)同樣隨含水率的增加呈現(xiàn)出階段性變化，在含水率增長初期隨含水率的增加而增大，當(dāng)粗砂、中砂、細(xì)砂含水率增至10％～15％，粘土含水率增至20％時(shí)，導(dǎo)溫系數(shù)開始隨含水率的繼續(xù)增加而減小。
　　在相同含水率下，中砂的導(dǎo)熱系數(shù)隨孔隙度的增加而減小，比熱容隨孔隙度的增加而