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裂隙试样渗流传热过程中水岩界面对流换热系数测量方法
| 专利名称： | 裂隙试样渗流传热过程中水岩界面对流换热系数测量方法 |
| 摘要： | 本发明公开了一种裂隙试样渗流传热过程中水岩界面对流换热系数测量方法。通过液体恒压恒流高精度注入系统和冷驱热水流恒温控制系统向对流换热系数测试系统注入恒温恒流的水流，再通过对流换热系数测试系统测量水岩界面对流换热系数h，在测量时与之有关的变量，如流量、进口水温、裂隙初始隙宽b0、裂隙隙宽变形Δb都能按实验者要求设定，试验测量的变量，如出口水流量Q、裂隙出口水温Tout、裂隙内沿程水温Tf、裂隙内表面温度Ti都能被精确测量，最终计算得到对流换热系数h。本发明控制变量更加精确，可以通过改进的计算方法得出某种状态下的对流换热系数h的数值，并能够研究h与不同变量之间的定量关系。 |
| 专利类型： | 发明专利 |
| 国家地区组织代码： | 江苏;32 |
| 申请人： | 中国矿业大学 |
| 发明人： | 万志军;王骏辉;张源;程敬义;张洪伟 |
| 专利状态： | 有效 |
| 申请号： | CN201811367157.2 |
| 公开号： | CN109211971A |
| 代理机构： | 徐州市淮海专利事务所 32205 |
| 代理人： | 李鹏 |
| 分类号： | G01N25/20(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N25 |
| 申请人地址： | 221000 江苏省徐州市大学路1号 |
| 主权项： | 1.一种裂隙试样渗流传热过程中水岩界面对流换热系数测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：用砂线切割机切割为具有某一粗糙特征的单裂隙试样(13)，并用0.8mm钻头从单裂隙试样(13)表面向内间隔钻设多个通孔(13‑1)和沉孔(13‑2)，沉孔(13‑2)的底部靠近裂隙面(13‑3)，孔径1mm，将测温线(21)分别置入通孔(13‑1)、沉孔(13‑2)和检测通道(50)中，再将单裂隙试样(13)装入夹持器中，并使隙宽测量装置(14)的探头(14‑1)垂直于裂隙面(13‑3)，测温线(21)皆通过出口堵头(35)中设置的布线槽(17)引出夹持器并连接至数据采集器(70)；步骤二：打开开关(26)、排气阀(28)、循环阀Ⅱ(29)，关闭循环阀Ⅰ(27)，再驱动环压泵(23)排出围压腔中的空气，关闭排气阀(28)，向围压腔内加入压力油施加围压σ3并测出该围压下裂隙的变形为Δb，可以知道在围压σ3条件下的裂隙隙宽为b0‑Δb；关闭开关(26)稳压后用加热套(25)加热夹持器至目标温度T0，打开循环阀Ⅰ(27)，循环泵(24)进行工作，将围压腔中的压力油抽出进行循环保持均温，温度稳定后，在热量传递作用下单裂隙试样(13)外表面温度、围压腔中的压力油温度均与夹持器表面温度一致，均为T0；步骤三：开启液体恒压恒流高精度注入系统和冷驱热水流恒温控制系统，向管线Ⅰ(33)中注入流量Q、温度为Tin1的水流，此时夹持器入口水温即为Tin1；关闭夹持器出水管上的三通阀(31)，打开阀门Ⅱ(32‑1)，此时水流经管线Ⅰ(33)进入入口堵头(11)并经入口假岩芯(12)的水流通道(40)进入裂隙面(13‑3)，由于三通阀(31)被关闭，水流会从入口堵头(11)的另一条水流通孔流出、经管线Ⅱ(32)排出夹持器，入口假岩芯(12)的检测通道(50)中的测温线(21)测得的温度即为裂隙入口水温Tin2，温度传感器(18)监测到的温度为夹持器入口水温Tin1，对夹持器入口水温Tin1和裂隙入口水温Tin2在不同的流量Q、单裂隙试样(13)外表面温度T0条件下的关系进行标定，得出Tin2与Tin1的关系，据此保证Tin2与设计值一致；步骤四：需要研究在某一裂隙入口水温Tin2、裂隙隙宽为b0‑Δb、单裂隙试样外表面温度T0、流量Q下的传热情况时，先依据上述步骤三的Tin2与Tin1的关系得到该工况下的Tin1值，控制高低温恒温水浴(3)将水流温度恒温至Tin1，并控制液体恒压恒流高精度注入系统注入流量为Q的水，水流从管线Ⅱ(32)流出，当温度传感器(18)检测温度达到Tin1时，打开三通阀(31)、关闭阀门Ⅱ(32‑1)，此时水流从夹持器中的单裂隙试样(13)中经过，待流量稳定后，利用出口假岩芯(34)的检测通道(50)中的测温线(21)测得裂隙出口水温Tout，利用各通孔(13‑1)中的测温线(21)测得裂隙内沿程水温Tf、利用各沉孔(13‑2)中的测温线(21)测得裂隙内表面温度Ti；步骤五：根据得到的数据推导计算得到对流换热系数h，计算过程如下：水岩达到稳态后，岩石内部热传导、水岩交换的热量、水带走的热量三者相等，其中，水带走的热量为：Q1＝cpqvρw(Tout‑Tin2)其中，Q1——水带走的热量，J/s；cp——水的定压比热，I/(kg·K)；qv——水的流量，m3/s；ρw——水的密度，kg/m3；qv为流体的体积流量，qv＝v*b*2R，v为水的速度，b为隙宽，R为圆柱形的单裂隙试样(13)的半径；水岩交换的热量为： |
| 所属类别： | 发明专利 |
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