便携式原位浅层地温导热系数测试仪的研制及试验研究

发布时间：2017-10-13 02:24

  本文关键词：便携式原位浅层地温导热系数测试仪的研制及试验研究

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【摘要】：我国的地热资源丰富，但目前开发利用仅有极小一部分，原因在于我国在地热探测技术方面发展相对滞后，对水热储层的探测准确率也不高。浅层测温法作为一种高效率低成本的地热资源勘探方法，在我国应用较少，原因在于我国浅层地温调查法起步较晚，技术相对落后，以1米深度测温为主，效果不理想，同时缺少便携式现场原位测温设备。 基于上述问题，本文提出设计研制便携式原位浅层地温导热系测试仪。该测试仪采用探针式测量探头测量导热系数和温度，探针内部封装为PT1000温度传感器和电阻加热丝，设计高精度的温度采集电路系统，并以微控制系统控制电路的工作，，实现温度和导热系数的测试功能。测试仪以C#语言编制基于Windows系统的数据采集软件，并将基于线热源热传导的导热系数理论计算方法嵌入到数据采集软件，可通过数据采集软件控制电路工作和采集测试数据，实时计算分析数据并显示计算结果。针对探针设计贯入装置，并采用轻型汽油机作为动力。通过完成以上工作完成携式原位浅层地温导热系测试仪的研制，最后形成一套具有自主知识产权的高精度温度与导热系数测量的测试设备，并申请国家发明专利，其中实用新型专利已授权，发明专利已公开。 本文采用日本进口的QTM瞬态导热仪对自主研制的便携式原位浅层地温导热系测试仪进行导热系数室内测试标定，利用测试仪分别对取自不同地方的粘土、粉土、细砂和粗砂在不同含水率的条件下进行导热系数测试，确定了测试仪的技术参数和适用范围。 在以上工作的基础上，利用该测试仪在厦门进行现场浅层地温与导热系数测试试验研究，并对试验场地开展野外调查，收集工作场地的热异常现象和工程地质条件。现场分别测试1米和2米深度的温度和导热系数，同时记录测试点位的位置、环境、水位、地层构造等信息。室内研究地质与环境的综合影响，研究测试时间、深度、背景值、环境等因素对浅层地温调查法测试结果的影响规律，为浅层测温技术的推广应用打好基础。 通过室内与室外现场试验表明，本文研制的便携式原位浅层地温导热系测试仪具有功能齐全，结构简单，测量快速准确，经济可靠，简单易行等特点，利用该仪器可准确高效地测得浅层地温和导热系数参数，采用该仪器进行浅层低温调查，可有效降低成本，提高工作效率，扩大测温范围，有利于浅层测温技术的推广和应用，对促进国家浅层地热能开发及缓解国内能源消耗压力具有重要的意义。
【关键词】：热探针 高精度测温 导热系数测量 线热源法 传热模型 原位测试仪
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P314.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-14
• 1.1.1 研究背景11-14
• 1.1.2 研究目的14
• 1.1.3 研究意义14
• 1.2 浅层地温调查法研究现状14-15
• 1.3 浅层原位地温导热系数测试设备研究现状15-21
• 1.3.1 浅层测温设备研究现状15-16
• 1.3.2 导热系数测试方法研究现状16-19
• 1.3.3 原位导热系数测试设备研究现状19-21
• 1.4 本文主要研究研究内容及技术路线21-24
• 1.4.1 研究内容与方法21-22
• 1.4.2 本文研究工作技术路线22-24
• 1.5 本章小结24-25
• 第二章 便携式原位浅层地温导热系数测试仪的基本原理25-35
• 2.1 浅层测温法原理25-27
• 2.2 设备的测温原理27-29
• 2.3 导热系数测试原理29-32
• 2.4 多土层导热系数计算32-35
• 第三章 便携式原位浅层地温导热系数测试仪的系统设计35-55
• 3.1 便携式原位浅层地温导热系数测试仪的设计路线35-36
• 3.1.1 研究内容与方法35
• 3.1.2 设备结构设计示意图35-36
• 3.2 探针设计36-39
• 3.2.1 探针设计原理36
• 3.2.2 温度传感器和加热丝参数36-37
• 3.2.3 探针结构设计37-39
• 3.3 测量电路设计39-41
• 3.3.1 pt1000 测温电路设计原理39
• 3.3.2 数据采集电路设计39-41
• 3.4 数据采集软件设计41-50
• 3.4.1 数据采集软件工作内容与开发工具41-42
• 3.4.2 程序计算方法42-45
• 3.4.3 数据采集软件系统设计45-50
• 3.5 贯入系统设计50-52
• 3.5.1 贯入系统工作内容与工作方法50
• 3.5.2 手扶式动力头50
• 3.5.3 组合式十字钻头50-52
• 3.6 本章小结52-55
• 第四章 探针导热系数测试室内对比试验研究55-66
• 4.1 室内试验内容与方法55-56
• 4.2 测试数据分析56-60
• 4.2.1 导热系数分析方法56-60
• 4.2.2 工作电压分析60
• 4.3 探针室内测试试验60-65
• 4.3.1 室内试验土样制备60-62
• 4.3.2 室内试验结果62-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 便携式原位浅层地温导热系数测试仪的现场试验研究66-87
• 5.1 现场试验设计66-70
• 5.1.1 试验内容与目的66
• 5.1.2 现场试验方法及流程66-68
• 5.1.3 试验场地地理条件概况68-70
• 5.2 试验场地工程地质概况70-76
• 5.2.1 地形地貌条件70
• 5.2.2 地层岩性条件70-71
• 5.2.3 地质构造条件71-74
• 5.2.4 水文地质条件74-76
• 5.3 试验数据处理与分析76-83
• 5.3.0 现场测温效果分析76-78
• 5.3.1 测试数据成果78
• 5.3.2 温度等值线结果78
• 5.3.3 距离影响因素分析78-80
• 5.3.4 环境影响因素分析80-82
• 5.3.5 地层及构造影响因素分析82-83
• 5.4 导热系数因素分析83-84
• 5.4.1 导热系数影响因素分析83
• 5.4.2 浅部热流模拟计算83-84
• 5.5 浅层测温与 20 米测温对比分析84-85
• 5.6 本章小结85-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-96
• 硕士期间发表的论文及参加的课题项目96-97
• 致谢97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 王庆华;浅层岩土体热物理性质原位测试仪的研制及传热数值模拟[D];吉林大学;2009年

本文编号：1022303