一种岩石裂缝导流换热测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩石裂缝导流换热测试装置及方法，属于深部地热资源开发技术领域。所述岩石裂缝导流换热测试装置包括：计量泵设置在供水机构上；排水机构与裂缝的出水口连通，裂缝的出水口设置在岩样的顶部；第一温度传感器的检测端固定设置在岩样的进水口处，第二温度传感器的检测端固定设置在岩样的出水口处，第三温度传感器的检测端设置在围压室内，若干第四温度传感器的检测端设置在岩样侧壁上；计量泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及若干第四温度传感器均与控制器连接。本发明专利技术岩石裂缝导流换热测试装置及方法提高了对流换热系数的计算精度。及方法提高了对流换热系数的计算精度。及方法提高了对流换热系数的计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石裂缝导流换热测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及深部地热资源开发
，特别涉及一种岩石裂缝导流换热测试装置及方法。

技术介绍

[0002]常规的岩石裂隙导流换热试验是在特定温度和压力作用下，以蒸馏水为换热介质，针对预制的平滑或者粗糙岩样开展单裂隙的对流换热特性研究。并且由于无法测量岩石裂隙面温度，对流换热测试方法较为保守，无法精确计算。
[0003]显然，根据现有常规的岩石裂隙导流换热试验，所得到的裂隙换热往往在真正实施过程中，效果不甚理想。现有技术的具体缺点如下：1.无法准确测量岩石内部各测点温度，难以研究岩石的对流换热特性；2.原有对流换热测试方法无法完整地观测到温度场演化规律。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种岩石裂缝导流换热测试装置及方法，解决了或部分解决了现有技术中岩石裂隙导流换热试验无法准确测量岩石内部各测点温度，难以研究岩石的对流换热特性的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种岩石裂缝导流换热测试装置，用于测试岩样，所述岩样由两个岩体拼接而成，两个所述岩体之间有裂缝，所述岩石裂缝导流换热测试装置包括：围压室、加热器、供水机构、排水机构、计量泵、控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及若干第四温度传感器；所述岩样设置在所述围压室的内腔；所述加热器固定设置在所述围压室的外壁；所述供水机构与所述裂缝的进水口连通，所述裂缝的进水口设置在所述岩样的底部；所述计量泵设置在所述供水机构上；所述排水机构与所述裂缝的出水口连通，所述裂缝的出水口设置在所述岩样的顶部；所述第一温度传感器的检测端固定设置在所述岩样的进水口处，所述第二温度传感器的检测端固定设置在所述岩样的出水口处，所述第三温度传感器的检测端设置在所述围压室内，若干所述第四温度传感器的检测端设置在所述岩样侧壁上；所述计量泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及若干第四温度传感器均与所述控制器连接。
[0006]进一步地，所述供水机构包括：压力泵、供水箱及供水管；所述压力泵设置在所述供水箱内；所述供水管的进水口与所述压力泵连通，所述供水管的出水口与所述裂缝的进水口连通；所述计量泵设置在所述供水管上。
[0007]进一步地，所述排水机构包括：排水池及排水管；所述排水管的进水口与所述裂缝的出水口连通，所述排水管的出水口与所述排水池连通。
[0008]进一步地，所述岩石裂缝导流换热测试装置还包括：夹持机构；所述夹持机构的固定端固定设置在所述围压室顶部，所述夹持机构的动作端穿过所述围压室与所述岩样的顶部接触。
[0009]进一步地，所述夹持机构包括：轴压室及活塞；所述轴压室固定设置在所述围压室的顶部；所述活塞穿过所述轴压室及所述围压室与所述岩样的顶部接触。
[0010]基于相同的专利技术构思，本申请还提供一种石裂缝导流换热测试方法包括以下步骤：将所述岩样放入围压室内；供水机构通过计量泵向裂缝的进水口供水，所述计量泵将流量信号发送给控制器；排水机构将裂缝内的水排出，同时，向围压室内注入耐高温硅油；加热器对所述围压室进行加温；第一温度传感器获取所述岩样的进水口温度信号，并将进水口温度信号发送给控制器；第二温度传感器获取所述岩样的出水口温度信号，并将出水口温度信号发送给控制器；第三温度传感器获取所述岩样的外表面温度信号，并将外表温度信号发送给控制器；若干第四温度传感器获取所述岩样的内部温度信号，并将内部温度信号发送给控制器；控制器根据进水口温度信号、出水口温度信号、外表面温度信号及内部温度信号获取岩样的对流换热系数。
[0011]进一步地，将岩样放入围压室之前，用棉签蘸取酒精，擦拭两个岩体边缘处，除去浮尘，擦拭面积大于粘贴面积；待酒精晾干后，两个岩体边缘处涂抹一层耐高温高压的密封胶，将岩样紧密贴合，静置12小时；将岩样放入热缩套中，使用热风枪加热，热缩套收缩固定岩样。
[0012]进一步地，将所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及若干第四温度传感器在伸出岩样的部位使用耐高温高压的胶进行密封。
[0013]进一步地，活塞穿过轴压室及围压室与所述岩样的顶部接触，将所述岩样夹持住。
[0014]进一步地，所述控制器根据进水口温度信号、出水口温度信号、外表面温度信号及内部温度信号获取岩样的对流换热系数包括：
[0015]根据牛顿冷却公式：
[0016]Q＝hAΔT＝c
w
ρ
w
q
w
ΔT；
[0017]式中，Q为对流换热过程的总热流量，h为对流换热系数(W/(m2·
K))，A为换热面积(m2)，ΔT为对流换热的温度差(K)，c
w
为水的比热容(J/
[0018](kg
·
K))，ρ
w
为水的密度(kg/m3)，q
w
为水的体积流量(m3/s)；
[0019]根据牛顿冷却微分公式：
[0020]dQ＝h(T
i
(x)-T
w
(x))dA＝h(T
i
(x)-T
w
(x))Ldx；
[0021]可得到
[0022][0023]式中：T
i
(x)为岩样裂隙面的温度分布，T
w
(x)为水流流动的温度分布，L，R分别为岩样的长度和半径(m)；
[0024]确定T
i
和T
w
的值才能计算稳态下的传热方程，温度沿着半径方向是线性函数；
[0025][0026]式中，T
i0
为半岩石裂隙面中心点的温度，T
c
为岩样外壁温度；
[0027]可得到
[0028][0029]在此二维对流换热模型中，水流在裂隙内做二维运动，T
w
(x)可看作沿着裂隙纵向轴线的水温平均值，可以用试验测得的出入口水温平均值来近似代替，即Tw1是进水口温度，出水口温度；
[0030][0031]由于裂隙中心远离岩样边界，中心点的温度受外界环境影响较小，故T
i0
可看作分布裂隙中心点两侧裂隙面温度的平均值，即Tr是岩样内部温度；
[0032][0033]因此，对流换热系数h的计算公式为：
[0034][0035]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0036]由于岩样设置在围压室的内腔，加热器固定设置在围压室的外壁，供水机构与裂缝的进水口连通，裂缝的进水口设置在岩样的底部，计量泵设置在供水机构上，排水机构与裂缝的出水口连通，裂缝的出水口设置在岩样的顶部，第一温度传感器的检测端固定设置在岩样的进水口处，第二温度传感器的检测端固定设置在岩样的出水口处，第三温度传感器的检测端设置在围压室内，若干第四温度传感器的检测端设置在岩样侧壁上，计量泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石裂缝导流换热测试装置，用于测试岩样，所述岩样由两个岩体拼接而成，两个所述岩体之间有裂缝，其特征在于，所述岩石裂缝导流换热测试装置包括：围压室、加热器、供水机构、排水机构、计量泵、控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及若干第四温度传感器；所述岩样设置在所述围压室的内腔；所述加热器固定设置在所述围压室的外壁；所述供水机构与所述裂缝的进水口连通，所述裂缝的进水口设置在所述岩样的底部；所述计量泵设置在所述供水机构上；所述排水机构与所述裂缝的出水口连通，所述裂缝的出水口设置在所述岩样的顶部；所述第一温度传感器的检测端固定设置在所述岩样的进水口处，所述第二温度传感器的检测端固定设置在所述岩样的出水口处，所述第三温度传感器的检测端设置在所述围压室内，若干所述第四温度传感器的检测端设置在所述岩样侧壁上；所述计量泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及若干第四温度传感器均与所述控制器连接。2.根据权利要求1所述的岩石裂缝导流换热测试装置，其特征在于，所述供水机构包括：压力泵、供水箱及供水管；所述压力泵设置在所述供水箱内；所述供水管的进水口与所述压力泵连通，所述供水管的出水口与所述裂缝的进水口连通；所述计量泵设置在所述供水管上。3.根据权利要求1所述的岩石裂缝导流换热测试装置，其特征在于，所述排水机构包括：排水池及排水管；所述排水管的进水口与所述裂缝的出水口连通，所述排水管的出水口与所述排水池连通。4.根据权利要求1所述的岩石裂缝导流换热测试装置，其特征在于，所述岩石裂缝导流换热测试装置还包括：夹持机构；所述夹持机构的固定端固定设置在所述围压室顶部，所述夹持机构的动作端穿过所述围压室与所述岩样的顶部接触。5.根据权利要求4所述的岩石裂缝导流换热测试装置，其特征在于，所述夹持机构包括：轴压室及活塞；所述轴压室固定设置在所述围压室的顶部；所述活塞穿过所述轴压室及所述围压室与所述岩样的顶部接触。6.一种石裂缝导流换热测试方法，基于权利要求1所述的岩石裂缝导流换热测试装置，其特征在于，所述石裂缝导流换热测试方法包括以下步骤：将所述岩样放入围压室内；供水机构通过计量泵向裂缝的进水口供水，所述计量泵将流量信号发送给控制器；排水机构将裂缝内的水排出，同时，向围压室内注入耐高温硅油；加热器对所述围压室进行加温；第一温度传感器获取所述岩样的进水口温度信号，并将进水口温度信号发送给控制
器；第二温度传感器获取所述岩样的出水口温度信号，并将出水口温度信号发送给控制器；第三温度传感器获取所述岩样的外表面温度信号，并将外表温度信号发送给控制器；若干第四温度传感器获取所述岩样的内部温度信号，并将内部温度信号发送给控制器；控制器根据进水口温度信号、出水口温度信号、外表面温度信号及内部温度信号获取岩样的对流换热系数。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡大伟，詹洪阳，陈四利，马啸，罗宇杰，董文豹，周辉，张传庆，卢景景，杨凡杰，朱勇，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：