粉性土导热系数的室内实验研究
上海⑤1层粉质黏土的热传导特性
收 稿 日期 ： ０ １ ０ －２ ２ １－ ２ ４ 基金项 目：国家 自然科学基金 （０ ０ ０ ９ ４８２６ ） 第一作者 ：陈 宝 （９ ３ ） 男 ， １７ － ， 副教授 ， 工学博士 ， 主要研究方 向为地下工程及岩土力学． ｉ：ｈ ｎ ａ ＠ｔｎ ． ｄ ．ｎ Ｅｍａ ｃｅ ｂｏ ｏ ￣ｉｅ ｕ ｃ ｌ
与 干密 度 、 水率 的经 验公 式． 含 陈善雄 等 ｌ］ ４种 砂 １对
土 的 热 导率 进 行 研 究 ， 纳 出 了热 导率 与 孔 隙 率 和 归 饱 和度 的经 验公 式． 旭 等ｌ］ 张 １ 对华 东 地 区土 和砂 土
ｓａ ｌ ａ ｄ ｈ ｔ ｅ ｍａ ｃ ｎ ｕ ｔ ｉ ｒ ａ ｈ ｓ ｔ ｍａ ｉ ｍ ｔ ｂ ｅ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒ ｌ ｏ ｄ ｃ ｉ ｔ ｖ ｙ ｅ ｃ ｅ ｉｓ ｘ ｍｕ ｖ ｌ ｅ Ｍ ｔ ｒ ｈ ｐ ａ ａｕ ． ｅ ｔ ｅ ｅ ｋ， ｔ ｔ ｅ ｍａ ｃ ｎ ｕ ｔ ｉｙ ｅ ｒ ａ ｅ ｅ ｈ ｈ ｒ ｌ ｏ ｄ ｃ ｉ ｔ ｄ ｃ ｅ ｓ ｓ ｖ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｅ ｉ ｓ ｏ ｅ ｔ ｒ ａ ｒｅ ｕ ｔ ｈ ｅ ｔ ｓ ｒｅ ｆ ｔ ｓ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ｒ ｉ ｄ ｏ ｔ ｗｉｈ ｔ ｅ ｈ ａ ｐ ｏ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｂ ｈ ｒ ｌ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ａ ａｙ ｅ ｏ ｉ ｖ ｓ ｉａ ｅ ｒ ｂ ｔ ｏ ｙ ｔ ｅ ｍａ ｒ ｐ ｒ ｉ ｎ ｌ ｚ ｒ ｔ ｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ｇ
导率 总体 上呈 现 出先 升后 降 的规 律 ， 大 值 出 现在 塑 限左 最
土压力 的量 值 ， 而 影 响 隧道 的稳 定 性 和 从 右． 此外 ， 还应用 若干 现有 经验公 式对 上述 热传 导试 验 数据 构 所受 水 、
《2024年冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》范文
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》篇一摘要：本文通过开展冻融条件下根河粉质黏土的热物理特性试验研究，分析了其在不同温度和水分条件下的热传导性能、热扩散性能及比热容等热物理参数的变化规律。
本文旨在为冻土区工程建设和环境保护提供理论依据和实用参考。
一、引言根河地区位于我国高纬度地区，气候寒冷，冻土广泛分布。
粉质黏土作为根河地区的主要土质类型，其热物理特性对冻土区工程建设和环境保护具有重要意义。
本文通过开展冻融条件下根河粉质黏土的热物理特性试验研究，以期揭示其热物理参数的变化规律，为相关工程设计和环境保护提供理论依据。
二、试验材料与方法1. 试验材料试验所用土样取自根河地区粉质黏土，经过室内风干、研磨、过筛等处理后，制备成试验所需的土样。
2. 试验方法（1）制备不同含水率的土样，分别进行冻融循环处理；（2）采用热物性测试仪，测定土样的热传导性能、热扩散性能及比热容等热物理参数；（3）分析冻融循环对土样热物理特性的影响。
三、试验结果与分析1. 热传导性能在冻融循环作用下，根河粉质黏土的热传导性能呈现出明显的变化规律。
随着冻融循环次数的增加，土样的热传导系数逐渐降低。
其中，干土样的热传导系数降低幅度较小，而含水率较高的土样热传导系数降低幅度较大。
这表明水分对土样的热传导性能具有显著影响。
2. 热扩散性能冻融循环对根河粉质黏土的热扩散性能影响显著。
随着冻融循环次数的增加，土样的热扩散率呈现出先增加后降低的趋势。
这可能与冻融过程中土体内部结构的变化有关。
3. 比热容比热容是衡量物质单位质量吸放热能力的物理量。
在冻融循环过程中，根河粉质黏土的比热容变化不大，基本保持稳定。
4. 冻融循环对热物理特性的综合影响冻融循环对根河粉质黏土的热物理特性具有综合影响。
在冻融过程中，土体内部结构发生变化，导致热传导性能和热扩散性能发生明显变化。
同时，水分在冻融过程中的迁移和聚集也会影响土样的热物理特性。
四、结论本文通过开展冻融条件下根河粉质黏土的热物理特性试验研究，得出以下结论：1. 冻融循环对根河粉质黏土的热传导性能和热扩散性能具有显著影响，其中含水率较高的土样受影响更大；2. 冻融过程中，根河粉质黏土的热扩散率呈现出先增加后降低的趋势，可能与土体内部结构的变化有关；3. 根河粉质黏土的比热容在冻融循环过程中基本保持稳定；4. 冻融循环对根河粉质黏土的热物理特性具有综合影响，为相关工程设计和环境保护提供了理论依据。
《2024年冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》范文
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》篇一一、引言随着全球气候的变化，冻融循环对土壤特性的影响日益显著。
根河地区的粉质黏土因其特殊的地理环境和气候条件，其热物理特性在冻融条件下呈现出独特的变化规律。
为了深入理解根河粉质黏土在冻融条件下的热物理特性变化，本文进行了一系列试验研究。
二、试验材料与方法（一）试验材料本试验选用根河地区的粉质黏土作为研究对象，该类土壤以其特有的成分和结构对冻融条件下的热物理特性具有重要影响。
（二）试验方法1. 样品制备：对根河粉质黏土进行取样，制备成标准试样。
2. 冻融循环：设置不同次数的冻融循环，模拟自然环境中的冻融条件。
3. 热物理特性测试：通过热导率、比热容和热扩散系数等指标，对根河粉质黏土的热物理特性进行测试。
三、试验结果与分析（一）冻融循环对热导率的影响在冻融循环过程中，根河粉质黏土的热导率呈现出先增大后减小的趋势。
在初期冻融循环中，土壤颗粒间的空隙被冰填充，导致热导率增大；随着冻融循环次数的增加，土壤结构发生变化，导致热导率减小。
（二）冻融循环对比热容的影响比热容是衡量物质单位质量升高或降低单位温度所需热量的物理量。
在冻融循环过程中，根河粉质黏土的比热容基本保持稳定，说明冻融循环对比热容的影响较小。
（三）冻融循环对热扩散系数的影响热扩散系数反映了物质内部温度变化的传播速度。
在冻融循环过程中，根河粉质黏土的热扩散系数呈现出先减小后增大的趋势。
这可能是由于在初期冻融循环中，土壤结构发生变化，阻碍了热量传播；随着冻融循环的进行，土壤结构逐渐趋于稳定，热扩散系数逐渐增大。
四、讨论与结论（一）讨论根据试验结果，冻融循环对根河粉质黏土的热导率和热扩散系数有显著影响。
其中，热导率在冻融循环过程中呈现先增大后减小的趋势，而热扩散系数则呈现先减小后增大的趋势。
这些变化与土壤结构的变化密切相关。
此外，比热容在冻融循环过程中基本保持稳定，说明比热容受冻融循环的影响较小。
这些结果对于理解根河地区粉质黏土在冻融条件下的热物理特性具有重要意义。
粉沙类土壤热物性数据的测定
土壤 的密 度 、 含水 率 等 土 质条 件 可 通过 地 质 部
门测 得 ， ｍ 以下 土 壤 的 初 始 温度 可通 过 埋 设 测 温 ６
补给 ， 与地表 水水 力联 系密 切 。地 下 ｕ 型管 较 易 与 土 壤 紧密结 合 ， 利 于传热 。此 外 ， 有 该地 区土 壤含水
较 高 ， 本处 于饱 和状 态 ， 基 ３～１ 的 粉 土 与粉 沙 有 ５ｍ 液 化趋 势 。室外埋 管 处土壤 地 质构 成见 表 １ 。
元件 而得 到 ， 土壤 的热 物 性 参 数 的测 定 相 对 来 说 较 困难 ， 如热 导 率 ， 是 表 征 物 质 热 传 导 性 质 的物 理 它
土 壤 源 热 泵 实验 台 建 在 浙 江 建 设 职 业 技 术 学
院 ，０ ４年秋 建 成 。室外 地下 测 井 多 个 位置 设 置 了 ２０
Ｎ Ｃ半导 体热 电 阻传 感 器 （ 度 ０ ２ｏ ， 有 温 度 Ｔ 精 ． Ｃ） 所
传感 器通 过 ３块 ８通 道 的 数 据 采 集 卡 输 送 到 电 脑 ｋ ｋ 数据 记 录软件 储存 ， 样 间隔 时间为 ３ 。 ｕａ 采 ０ｓ
分析 土壤 的热 物性 数据 。 由表 ｌ 土壤 成 分 主要 为 知
粉 沙 土类 。
２ 土 壤 初 始 温 度 的 确 定
在 土 壤 源 热 泵 埋 地 换 热 器 设 计 模 型 假设 中 ， 一 般 考 虑土 壤初 始 温度 是 均匀 的 。根 据求 半无 限大 物 体 周期 性 变化 边 界 条 件 下 的 温 度 场 计 算 公 式 ， 令 过余 温 度 ０ ＝ｔ 土壤 内温度 场 表达 式 为 ： —ｔ ，
浙江建 筑 ， ２ 第 ７卷 ， ２期 ，０ ０年 ２月 第 ２１
孔隙比与饱和度对粉质黏土导热系数影响的试验研究
孔隙比与饱和度对粉质黏土导热系数影响的试验研究唐丽娟;王福龙;杨英杰;林吉凯【摘要】以长春市城市快速轨道交通3号线东延线的粉质黏土为研究对象,制备不同条件下的重塑样.通过室内试验,利用DRPL-I型导热系数测试仪,采用稳态法测定不同条件下粉质黏土的导热系数,研究孔隙比与饱和度对粉质黏土的导热系数的影响.结果表明:粉质黏土的导热系数受其孔隙比与饱和度的影响;在一定条件下,当饱和度一定、孔隙比增大时,粉质黏土的导热性能减弱,导热系数随着孔隙比的增大而减小且呈近似线性减小;在孔隙比一定、饱和度增大的条件下,随着液相体积的增大,饱和度对粉质黏土的导热性能的影响有所提高,表现为导热系数随着饱和度的增大而线性增大.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2015(036)003【总页数】5页(P58-62)【关键词】导热系数;孔隙比;饱和度;粉质黏土;稳态法【作者】唐丽娟;王福龙;杨英杰;林吉凯【作者单位】东北煤田地质局沈阳测试研究中心,辽宁沈阳110016;东北煤田地质局沈阳测试研究中心,辽宁沈阳110016;中国建筑第八工程局有限公司大连分公司,辽宁大连116000;辽宁东地建筑岩土工程有限公司,辽宁沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】P642.4导热特性是岩土材料的基本性质之一，而土的导热系数、比热容以及导温系数是土的热物理性质的主要参数，尤其是导热系数，是反映土的热传递能力的重要参数[1-3].近几年，随着地铁及快速轨道在各大、中型城市的兴建，项目的勘察设计需要全面掌握土的热物理参数[4-6].土的导热系数作为热物理性质中较为重要的参数，其影响因素较多[7-8].笔者以长春市城市快速轨道交通3号线东延线的粉质黏土为研究对象，通过室内试验，研究孔隙比与饱和度对粉质黏土的导热系数的影响.导热系数测试分为现场测试和室内试验测试两种，此次采用的是室内试验测试.室内试验测试导热系数又分为稳态法和非稳态法，这里采用稳态法.试验所使用的导热系数测试仪具有上、下两个金属面，称为热面和冷面.其基本原理是，在热面加入稳定的、较高的初始温度，热量通过试样传递到冷面(室温)，测量传递的热流，再根据试样的厚度和传热面积可计算导热系数.此测试方法简便、快捷、重复性好.试验所选择的设备为DRPL-I导热系数测试仪，如图1所示.试验所用土样取自长春市城市快速轨道交通3号线东延伸线辽宁路站工程.该工程场地地层岩性由人工堆积杂填土层、第四系冲洪积黏性土和砂土层及白垩系泥岩组成.所用试样为该区粉质黏土层中的第3层粉质黏土，黄褐色，可塑，局部可塑偏软，中等压缩性，弱渗透性，工程性质一般.将土样筒按标明的上、下方向放置，剥去蜡封和胶带开启土样筒取出土样.制样时，采用绝热性良好的PVC管作为制样模(PVC管模具尺寸为直径5.62 cm，高2.06 cm,即为试样尺寸),并在PVC管内壁涂一薄层凡士林.制样过程参照《土工试验方法标准》(GB/T 50123—1999)中环刀法的相关规定.1.3.1 同一土样，饱和度相同、孔隙比不同通过制取重塑样来得到同一饱和度、不同孔隙比的试样.应用公式(1)，可以通过控制土的干密度来控制重塑土的孔隙比.通过反复试验，最终试验设计为：饱和度Sr=60%时，制成干密度ρd分别为ρd11=(1.70±0.2) g/cm3,ρd21=(1.60±0.2) g/cm3,ρd31=(1.50±0.2) g/cm3,ρd41=(1.40±0.2) g/cm3的4组试样；饱和度Sr=70%、80%、90%时，干密度均与Sr=60%时制取的相同.每组干密度制备3个PVC环刀样用于测定土的导热系数，取测定结果平均值作为该组试样的导热系数.测试结果见表1(所选土样土粒密度 ds=2.71 g/cm3，塑性指数为IP=13～15).1.3.2 同一土样，孔隙比相同、饱和度不同试验仍需采取对土样进行重塑，通过控制土的含水率 w和湿密度ρ来制备不同饱和度Sr的试样.经反复试验，最终试验设计为e=0.7时，w11=(10±0.5)%,w21=(15±0.5)%,w31=(20±0.5)%,w41=(25±0.5)%；湿密度分别为ρ11=(1.75±0.2) g/cmρ21=(1.85±0.2) g/cm3，ρ31=(1.90±0.2) g/cm3，ρ41=(2.00±0.2) g/cm3.e=0.8时，含水率配备与e=0.7时相同.e=0.9时，为了使重塑样接近天然孔隙比、含水率的试样状态，除配备了与e=0.7时相同的含水率外，还增加了w53=(30±0.5)%的测试.每组含水率制备3个PVC环刀样用于测定土的导热系数，取测定结果平均值作为该组试样的导热系数.测试结果见表2(所选土样土粒密度ds=2.71g/cm3，塑性指数为I根据表1绘制孔隙比与导热系数的关系曲线，如图2所示.从图2中可以看出:当Sr=60%、70%、80%时，在同一饱和度条件下，导热系数随着孔隙比的增大而线性减小；当Sr=90%，10%≤w<26%时，导热系数仍表现为随着孔隙比的增大而线性减小；当Sr=90%，w>26%，e′=0.80左右时,导热系数随着孔隙比的增大而出现增大的趋势，没有出现减小的结果.原因是土体由固、液、气三相组成，随着孔隙比的增大，土的孔隙体积(即液相、气相所占体积)在逐渐增大，土粒体积相对减小，干密度逐渐减小，导热性能降低，土的导热系数表现为随着孔隙比的增大而逐渐减小且呈线性.但当 w>26%，e′=0.8左右时，土的液相的作用对其导热系数的影响较大，故当e′>0.80且w>26%,Sr接近90%时,不再有导热系数随着孔隙比的增大而减小的规律.根据表2绘制饱和度与导热系数的关系曲线，如图3所示.从图中可以看出，在孔隙比一定的条件下，随着饱和度的增大，导热系数有增大的趋势.土的饱和度是指土体孔隙中水占的体积与土体孔隙体积的比值.当孔隙比作为定量时，随着孔隙中液相体积的增大含水率增大，且液态水的导热系数大于土颗粒导热系数并远大于空气的导热系数.因此，随着饱和度的增加含水率增大，液相占孔隙的体积增大，土的导热系数随之表现为线性增加.1)在饱和度一定的条件下，粉质黏土的导热系数随着孔隙比的增大而线性减小.这是由土的三相组成的变化而决定的.当饱和度一定、孔隙比增大时，土的气相和液相所占比例增大，土的有效导热介质——土粒的体积相对减小，使得土的导热性能减弱，导热系数随着孔隙比的增大而减小且呈近似线性减小.2)在孔隙比一定的条件下，土的导热系数随着饱和度的增大而线性增大.增加湿密度与含水率以达到提高土的饱和度的目的，孔隙比不变的情况下土中液相体积在三相中的比例在逐渐增大，而水的导热系数大于土粒的导热系数，液相体积越大，土的导热性能越好.因此，孔隙比一定的条件下，土的导热系数随着饱和度的增大而线性增大.3)饱和度一定的条件下，当孔隙比大于0.8且含水率大于26%，饱和度接近90%时，土中液相对土的导热系数的影响较为明显，此时孔隙比的大小已不足以作为判断土的导热系数大小的指标.因此在这种情况下应考虑含水率或饱和度对土的导热系数的影响规律.4)以上结论可为土体导热系数的计算和测试提供一定的理论依据，可为地铁、快速轨道、巷道开采、冻结法施工等工程的合理设计和施工提供有益的参考.[1]张虎元,张学超,陈晓宁.不同遗址土的热物理参数研究[J].岩土力学,2014,35(1):57-62.[2]张婷,杨平.不同因素对浅表土导热系数影响的试验研究[J].地下空间与工程学报,2012,8(6):1233-1238.[3]王海波,杨平,何忠意.孔隙率和饱和度对粉土导热特性的影响[J].南京林业大学学报,2012,36(2): 42-46.[4]俞亚南,徐坚,冯建江.粉性土导热系数的室内实验研究[J].浙江大学学报(工学版),2010,44(1):180-183.[5]肖琳,李晓昭,赵晓豹,等.含水量与孔隙率对土体热导率影响的室内实验研究[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2008,9(3):241-247.[6]刘汉东,李信,刘海宁,等.含水量对原状残积土初始基质吸力影响的试验研究[J].华北水利水电大学学报(自然科学版),2014,35(6):61-64.[7]王铁行,刘自成,卢靖.黄土导热系数和比热容的实验研究[J].岩土力学,2007,28(4):655-658.[8]蒋建平,李晓昭,高广运,等.南京地铁(融)土热物理参数试验研究[J].中国铁道科学,2009,30(1):13-16.。
导热系数测定实验报告
导热系数测定实验报告导热系数测定实验报告导热系数是描述物质传导热量能力的物理量，对于研究材料的热传导性质具有重要意义。
本实验旨在通过测定不同材料的导热系数，探究材料的热传导特性，并分析实验结果的意义。
实验仪器与原理本实验使用的仪器主要包括导热系数测定仪、测温仪、样品夹和样品。
导热系数测定仪是一种常用的实验设备，可以测量材料的导热系数。
测温仪则用于测量样品的温度变化。
样品夹用于固定样品，保证测试的准确性。
实验步骤1. 首先，将待测材料切割成相同大小的样品，并清洁表面，确保样品的质量和纯度。
2. 将样品夹住，确保样品与夹具之间没有空隙，以免影响测量结果。
3. 将样品夹放入导热系数测定仪中，并调整仪器参数，确保实验的准确性。
4. 开始实验后，观察样品的温度变化，记录下每个时间点的温度数据。
5. 根据实验数据，计算出样品的导热系数，并进行分析和比较。
实验结果与分析通过实验测得的数据，我们可以计算出不同材料的导热系数，并进行比较。
导热系数的大小反映了材料的热传导能力，数值越大表示材料的热传导能力越强。
在实验中，我们选取了几种常见的材料进行测试，包括金属、塑料和绝缘材料。
结果显示，金属材料的导热系数通常较高，而塑料和绝缘材料的导热系数较低。
这一结果与我们的常识相符。
金属材料由于其内部电子的自由运动，具有较高的导热性能。
而塑料和绝缘材料由于其分子结构的特殊性，导热系数较低。
此外，通过实验还可以发现，导热系数与温度之间存在一定的关系。
随着温度的升高，导热系数通常会增大。
这是因为高温下，物质内部的分子运动加剧，热传导能力增强。
实验的局限性与改进尽管本实验得到了一些有意义的结果，但仍然存在一些局限性。
首先，实验中的样品大小和形状可能对测量结果产生影响。
因此，为了提高实验的准确性，可以选择更多的样品进行测试，并进行多次重复实验。
其次，实验中没有考虑到材料的厚度对导热系数的影响。
在实际应用中，材料的厚度也会对热传导性能产生影响。
长春地区粉质黏土导热系数与其物性参数相关性研究
长春地区粉质黏土导热系数与其物性参数相关性研究姚仁;杜立志;吕守航;沈明燮【摘要】为研究导热系数与影响因素之间的相关关系,建立导热系数的推算公式,以长春地区粉质黏土为研究对象,对原状土样的导热系数与其物理参数之间的相关性进行回归分析.制作9个重塑土样,测其相关的参数值,以验证回归方程的适用性.结果表明,回归分析建立导热系数与2个物理参数之间的关系式不成立;考虑天然密度、含水率和孔隙度为自变量,其分别对应的相关性系数T检验显著值(Sig)都<0.05,复决定系数为0.886,建立的回归方程成立,自变量能准确解释因变量的变化,且含水率与导热系数呈负相关,天然密度和孔隙度呈正相关.重塑土样相关参数代入回归方程得到的导热系数值与实验实测值之间相对误差低于4％,验证了该回归方程的普遍性和适用性.【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】6页(P976-981)【关键词】粉质黏土;回归分析;导热系数;天然密度;含水率;孔隙度【作者】姚仁;杜立志;吕守航;沈明燮【作者单位】吉林大学建设工程学院, 长春 130026;吉林大学建设工程学院, 长春130026;吉林大学建设工程学院, 长春 130026;吉林大学建设工程学院, 长春130026【正文语种】中文【中图分类】P642.10 引言土体导热系数是土体的一个热参数，代表土体传导热量性能的大小，受地层岩性和矿物成分及其比例、含水率、孔隙度、天然密度和温度等因素的影响[1]。
土体导热特征是地源热泵技术、冻土工程、土壤下电缆散热、高放废物地质处置及缓冲和农业种植等热点问题的核心研究内容[2--4]。
因此，深层次研究岩土体导热系数具有重要的实践意义，且受到相关领域的高度重视。
为探明岩土体导热系数与各相关影响因素的关系，国内外学者开展了一系列的研究，取得很多有价值的结论。
肖衡林等分析了孔隙度、含水率、含水饱和度等对导热系数的影响，得出干土的导热系数和孔隙度有很好的幂指数关系，土体导热系数随着含水率的增加而增加，随着含水饱和度的增加而上升的结论[3]；王海波等对苏州粉土、郑州粉土的重塑土样进行热参数和基本物理参数测量，得出粉土导热系数随着饱和度增大而增大、孔隙度增大而减小的结论[4]；刘鹏，阎长虹等对南京典型的下蜀黏土进行了研究，得出在含水量一定情况下，土样密度越大，土颗粒间接触好，土体导热系数也增大[5]；Naidu等用单探针和双探针测试方法得到导热系数，其值与含水量和土壤密度近似成正比关系[6]；Johansen提出了标准化导热系数概念，并分析干密度、孔隙度和矿物成分等影响因素与导热系数的关系，归纳总结了土壤导热系数的经验公式[7]；蔡磊等运用TC Probe热导仪对苏州地铁原状黏土样的热物理性质进行试验研究，并给出了单个因素与导热系数的经验回归方程[8]；肖琳、李晓昭等通过定性实验分析得到导热系数随含水率增大而增大，随孔隙度增大而减小的变化规律，并给出了粉土、粉质黏土等与含水率、孔隙度之间的经验公式，给出的经验公式计算值与土样实测值之间的相对误差在10%～15%之间[9]；李婷等通过测定4种不同土壤的热特征，来计算和推导土体的导热系数，并和Campell公式进行比较、分析、检验和验证，得到了含水率低于20%土体的导热系数经验公式[10]；段妍等用探针法测量得到不同含水率黏土沙土的导热系数，得到含水率在5%到20%之间时与导热系数呈线性增长，并用最小二乘法拟合得到线性增长阶段的方程[11]。
导热系数测定实验报告
导热系数测定实验报告实验目的：通过测定材料的导热系数，了解不同材料导热性能的差异。
实验原理：导热系数是表示材料传热性能的指标，一般用λ表示，单位为W/(m·K)。
在实验中，我们将使用热传导法来测定材料的导热系数。
该方法基于热传导定律，利用恒定热流和温度梯度的关系，通过测量材料的长度、面积、温度差和时间来计算导热系数。
实验器材：1.导热系数测定装置：包括恒温水槽、热源、测温仪器等。
2.被测材料：选择不同材料进行测定。
实验步骤：1.准备工作：将恒温水槽装满适量的水，并使水温稳定在一个恒定的温度。
2.确定被测材料的长度、横截面积和温度差：通过实验准备和测量，获得被测材料的相关数据。
3.将被测材料放入导热系数测定装置，并根据实验要求设置合适的热流强度。
4.开始实验：打开热源，使其产生恒定的热流，并同时测量被测材料两端的温度差。
5.记录实验数据：根据实验过程中测得的数据，计算被测材料的导热系数。
6.重复实验：重复以上步骤2-5，获取更多的数据，并计算导热系数的平均值。
7.整理实验结果：总结实验过程和数据，并得出结论。
实验注意事项：1.保持实验环境的稳定：尽量避免外部热源、风扇等干扰实验结果。
2.准确测量：确保测量仪器的准确性，并在测量时保证精确性。
3.控制热流强度：在实验过程中，需保持热流的稳定性，避免热流过大或过小对实验结果的影响。
实验结果：根据实验数据的整理和计算，得到被测材料的导热系数。
将不同材料的导热系数进行比较，得出不同材料导热性能的差异。
实验结论：根据实验结果，可以得出不同材料导热系数的大小关系，并分析导热性能的差异。
结合其它应用场景，我们可以选择合适的材料来满足需要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
义[5] :
R = L / (λA ) .
(2)
式中 : R 为热阻 ,L 为钢板的厚度. 土壤导热系数的
实验计算值为
λ1t
=
(
L1 R1
+ L2 + R2 )
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
.
(3)
式中 : R1 为土壤的热阻 , R2 为钢板的热阻. 土壤的 导热系数按式 (3) 换算得到
λ1
=
λ2
(L1
λ1tλ2 L 1
+ L2) -
λ = f (ρd , w ( H2 O) ) .
(1)
式中 :λ为土壤有效导热系数 ,单位为 W/ (m ·K) ;
ρd 为土壤的干密度 ,单位为 g/ cm3 ; w ( H2 O) 为土壤
中所含水的质量分数.
实验采用 J W2 Ⅲ型热流计式导热仪 ,其工作原
理建立在一维稳态导热基础上 ,基于以下假设 :1) 传
导热系数与ρd 、w ( H2 O) 之间的关系 ,实验中采用土
样重塑方法 ,制备满足不同要求的试样 ,并用原状土
与扰动土进行对比 ,检验土壤扰动的影响.
3 实验方案
3. 1 土样的制备 试样土选用钱塘江下游地区有代表性的砂质粉
土和粉质黏土 ,用烘箱烘干 、捣碎 ,并用 2 mm 孔径 的筛子筛分 ,均匀加水制成不同干密度和水的质量 分数的土样. 3. 2 实验设计
在温度变化不大的条件下 ,影响土壤导热系数的因
素可以归结为土颗粒 、水分和空气间的比例关系[3] .
鉴于实验条件和工程实际应用方便 ,把同类土
壤的导热系数的影响因素归结为可直接测量的量 ,
如干密度ρd 和水的质量分数 w ( H2 O) ,通过实验研
究它们之间的关系并确定其函数形式 ,建立便于工
程使用的实验关联式[4 ] :
Laboratory experiment on thermal conductivity of silty clay
YU Ya2nan1 , XU J ian1 , F EN G J ian2jiang2
(1. De p art ment of Ci vi l En gi neeri n g , Zhej i an g U ni versit y , H an gz hou 310058 , Chi na ; 2. Department of H y draulic Engineering , Zhej iang W ater Conservancy and H y d ropower College , Hangz hou 310018 , China)
图 2 土壤干密度与导热系数的关系曲线 Fig. 2 Curves of dry density and thermal conductivity of soils
图 3 表明在一定的干密度下 ,随着土中水质量 分数增大 ,土的导热系数会有不同程度的提高. 当水 的质量分数很小时 ,土壤中水分的增加能够有效改 善土壤的导热能力. 这是因为此时干燥土壤中土颗 粒间空气的体积分数较高 ,土壤的换热条件较差 ,而 增加水分后 ,颗粒间接触点上出现的水膜不仅减小 了颗粒间的接触热阻 ,而且水分 (导热系数是空气的 20 多倍) 取代了土壤孔隙间的空气 ,使得土壤传热 能力明显增强[2] . 随着水的质量分数增大 ,空气的体 积分数不断减小 ,土壤的导热系数不断增大 ,最终趋 于某一定值.
热过程按一维问题处理 ;2) 被测物体内部热物性均
匀一致 ,且被测物的物性不随温度变化 ;3) 测试前被
测物体内部各点温度相同.
实验中设定热板温度为 30 ℃,冷板温度为 10
℃. 为了保证测量的精度和方便性 ,设计图 1 所示特
殊容器 ,用以封装待测土壤. 该容器外型尺寸为 300
mm ×300 mm ×32 mm , 上 、下底盖采用厚度为
Vol . 44 No . 1 Jan. 2010
俞亚南1 ,徐 坚1 ,冯建江2
(1. 浙江大学 土木工程学系 ,浙江 杭州 310058 ; 2. 浙江省水利水电专科学校 水利工程学系 ,浙江 杭州 310018)
摘 要 : 介绍了一种在一维稳态导热状态下测量土壤导热系数的新方法 ———稳态平板法. 该方法试样制备简便 、干 扰因素少 、测试数据可信 、成本低廉 ,便于工程测试应用. 利用该方法测定 2 种典型土壤在不同干密度 、水的质量分 数条件下的导热系数. 实验结果表明 ,土壤的导热系数随着水的质量分数和干密度的增加均有不同程度的提高 ;采 用新方法得到的导热系数变化规律与采用探针法测量的结果较为一致. 根据实验数据拟合得出土壤导热系数与土 中水质量分数 、干密度的经验公式 ,可供工程设计参考. 关键词 : 稳态平板法 ;导热系数 ;水质量分数 ;干密度 ;数据拟合 中图分类号 : TU 111 文献标志码 : A 文章编号 : 10082973X(2010) 0120180204
1 mm 的不锈钢板 ,中间为胶木框 ,盖板和胶木框用
螺丝固定连接.
图 1 装土容器 Fig. 1 Container of soil
2 实验的影响因素及误差修正
1) 为保证在实验中热量沿试件厚度方向传导 , 试件四周用绝热性较好的胶木框封闭.
2) 为防止空气和水分的流失 ,盖板与框结合处
采用橡胶垫圈 ,并涂抹黄油 ,以达到密封效果.
工程中容易获得土壤中水的质量分数和干密 度 ,为了研究它们对土壤导热系数的影响 ,实验对每 种土壤 设计 2 组 对比实 验 , 分别 是 : 1 ) 配 制 某 一 w ( H2 O) 的土壤 ,逐渐加土并适量加水以保持土壤 w ( H2 O) 不 变 , 直 至 饱 和 状 态 , 即 保 持 土 壤 的 w ( H2 O) 恒定 ,改变土壤的ρd ; 2) 称取一定量的烘干 状态土壤 ,逐渐加水至饱和状态 ,即保持土壤干密度 恒定 ,改变土壤的 w ( H2 O) .
182
浙 江 大 学 学 报 (工学版) 第 44 卷
4 实验结果分析
根据实验测试结果 ,土壤干密度与导热系数的 关系曲 线 如 图 2 所 示 , 其 中 黏 土 的 w ( H2 O ) = 221 38 % ,粉土的 w ( H2 O) = 261 06 %. 图 2 显示随着 土壤干密度的增加 ,2 种土的导热系数均有不同程 度的提高. 实验中发现 ,当ρd < 11 25 g/ cm3 时 ,土壤 的导热系数明显下降 ,这是因为此时实验土样的密 度相对较小 ,相对饱和的土壤 (尤其是黏土) 主要反 映水体 的 导 热 特 性 ( 水 体 的 导 热 系 数 为 01 55 ～ 01 68 W/ (m ·K) ) ;随着土质量分数的增加 ,即干密 度增大 ,土壤孔隙率减小 ,土颗粒间接触面积不断增 大 ,改善了土壤的导热能力 ,土颗粒间的接触不断紧 密 ,导热系数变化逐渐趋于平缓.
Abstract : A new estimatio n met hod of soil t hermal co nductivit y , slab met hod , was p resented , which meas2 ures t he soil t hermal co nductivit y in o ne2dimensio nal steady heat co nductio n p rocess. Co mpared wit h t he co nventio nal met hods , t he new met hod has many advantages , such as co nvenient specimen p reparatio n , less interference factors , higher measuring accuracy and lower co st . U sing t his met hod , t he t hermal co n2 ductivities of t wo t ypical soil s wit h different water ratio and dry densit y were tested. The soil t hermal co n2 ductivit y increases wit h t he increasing dry densit y and water ratio . The variatio n curves of t he soil t hermal co nductivit y o btained in t he experiment is well co nsistent wit h t ho se of t he t hermal p ro be met hod. An em2 pirical equatio n of t he soil t hermal co nductivit y and water ratio was derived by curve fit ting based o n t he experimental result s , and it is co nvenient fo r engineering applicatio n. Key words : slab met hod ; t hermal co nductivit y ; water ratio ; dry densit y ; data fit ting
第1期
俞亚南 ,等 :粉性土导热系数的室内实验研究
181
质粉土和粉质黏土) 在不同干密度 、水的质量分数条 件下的导热系数 ,并与探针法的测量结果相比较[2] . 最后 ,给出粉性土壤导热系数的推求公式.
1 实验原理
土壤是一种包含固 、液 、气三相的粒状介质 ,其
导热系数与温度 、密度 、孔隙比 、饱和度等因素有关.
地源热泵技术已经在欧洲和北美国家得到广泛 应用 ,这种以土壤为热源的热泵式空调技术具有突 出的优点 ,如节电 、占地少 、无污染 、运行费用低等. 设计地源热泵系统 ,必须确定土壤的导热系数 ,它将 直接影响系统的换热效果和造价[1] . 目前 ,测量土壤 导热系数的方法主要有探针法和现场钻孔测试法. 探针法可以直接测量土壤的导热系数 ,但是限于热 探针的尺寸 ,只能测量浅层土壤的导热系数. 对于深