阅读说明：本技术 一种混凝土单面热传导试验装置及其试验方法 (Concrete single-side heat conduction test device and test method thereof ) 是由 徐港 罗强 杨亚会 周万清 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种混凝土单面热传导试验装置,包括保温装置,所述保温装置设有试样孔,混凝土试件放置在试样孔内。本发明还提供一种混凝土表面换热系数的试验方法,包括如下步骤：步骤一、搭建混凝土单面热传导试验装置,保证混凝土单面与环境进行热交换；步骤二、将混凝土单面热传导试验装置放置在环境箱中,测量混凝土表层的温度数据,计算混凝土表面温度梯度；步骤三、计算混凝土表面换热系数<Image he="16" wi="10" file="DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>。该装置和方法能够实现混凝土的单面热传导,方便研究单面换热系数的影响因素。(The invention provides a concrete single-side heat conduction test device which comprises a heat preservation device, wherein the heat preservation device is provided with a sample hole, and a concrete sample is placed in the sample hole. The invention also provides a test method of the surface heat exchange coefficient of the concrete, which comprises the following steps: step one, building a concrete single-side heat conduction test device to ensure that the concrete single side exchanges heat with the environment; placing the concrete single-side heat conduction test device in an environment box, measuring the temperature data of the concrete surface layer, and calculating the temperature gradient of the concrete surface; step three, calculating the heat exchange coefficient of the concrete surface . The device and the method can realize the single-side heat conduction of the concrete, and are convenient for researching the influence factors of the single-side heat exchange coefficient.)

一种混凝土单面热传导试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于土木工程试验装置技术领域，具体涉及一种混凝土单面热传导试验装置及其试验方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，能源消耗量越来越高，建筑业作为国家支柱产业，在满足社会需求、促进国家经济发展的同时也消耗大量的资源，导致了环境污染和气候变暖等负面影响。从全球来看，建筑能耗占总能耗的29.74％，而在建筑能耗中，通过外墙耗散的热量占建筑总热量的40％左右。因此，建筑材料的保温性能显得尤为重要，而热传导过程中涉及的导热系数和传热系数是鉴别材料保温性能好坏的重要指标，混凝土又是一种主要的建筑材料，所以需要对混凝土进行热传导试验。影响导热系数和传热系数的因素很多，为了研究各因素对导热系数和传热系数的影响，需进行精细化试验，而传统的试验方法无法达到这一要求，或者不能排除其他因素的影响，所以设计了一种混凝土单面热传导试验装置，以满足相关科研工作者及试验人员的需要。该装置操作简便，可自动调节，极大地提高了试验效率和精准度。

发明内容

本发明提供了一种混凝土单面热传导试验装置及其试验方法，实现混凝土的单面热传导，方便研究单面换热系数的影响因素。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种混凝土单面热传导试验装置，包括保温装置，所述保温装置设有试样孔，混凝土试件放置在试样孔内。

优选的方案中，所述保温装置材质为聚氨酯。

优选的方案中，所述保温装置内设有电加热丝，电加热丝围绕混凝土试件设置，电加热丝与加热温控设备电性连接。

优选的方案中，所述保温装置内设有冷却液循环管，冷却液循环管与液冷温控设备连接。

优选的方案中，所述保温装置内设有温度探头，温度探头通过数据线与温度实时采集器连接。

优选的方案中，还包括控制器，控制器与温度实时采集器、液冷温控设备和加热温控设备电性连接。

本发明还提供一种混凝土表面换热系数的试验方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建混凝土单面热传导试验装置，保证混凝土单面与环境进行热交换；

步骤二、将混凝土单面热传导试验装置放置在环境箱中，测量混凝土表层的温度数据，计算混凝土表面温度梯度；

步骤三、计算混凝土表面换热系数β。

优选的方案中，所述步骤二中，将每组温度数据进行二次多项式y＝a₀+a₁·x+a₂·x₂拟合，可以得到a₀和a₁，其中a₀即为混凝土表面温度，a₁即为混凝土表面温度梯度。

优选的方案中，所述步骤三中，根据公式(1)可计算出混凝土表面换热系数β

其中：

T_w为混凝土表面温度；

T_f为环境温度；

λ为混凝土的导热系数；

为混凝土表面温度梯度。

优选的方案中，所述步骤三中，计算出混凝土表面换热系数后，测试混凝土表面换热系数与环境与混凝土试样的温差的变化关系。

本发明提供的一种混凝土单面热传导试验装置及其试验方法，具有以下有益效果：

1、本发明中混凝土试件的侧面及底面均与保温装置接触，只有顶面与环境进行热交换，实现混凝土的单面热传导。

2、保温装置材质为聚氨酯，可挖出不同形状的试样孔，因此本发明可适用于不同形状的混凝土试件，如圆柱体、长方体和立方体等，以满足不同试验的需要。

3、本发明可实现聚氨酯保温装置内部的自动升温及降温，确保聚氨酯保温装置的保温效果。

4、通过对混凝土单面热传导试验装置的搭建，实现对混凝土单面换热系数的影响因素的研究。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为发明的单面热传导试验装置的整体结构示意图；

图2为本发明的单面热传导试验装置的俯视图；

图3为混凝土试样的温度拟合曲线；

图4为混凝土表面换热系数随温差的变化关系图；

图中：保温装置1，混凝土试件2，冷却液循环管3，电加热丝4，液冷温控设备5，加热温控设备6，温度实时采集器7，控制器8，温度探头9，试样孔101。

具体实施方式

如图1～2中，一种混凝土单面热传导试验装置，包括保温装置，所述保温装置设有试样孔，混凝土试件放置在试样孔内，试样孔与混凝土试件紧密接触。

在本实施例中，所述保温装置材质为聚氨酯。保温装置根据混凝土试样的尺寸和形状进行试样孔的制备。

所述保温装置内设有电加热丝，电加热丝围绕混凝土试件设置，电加热丝埋设在保温装置内电加热丝与加热温控设备性连接，加热温控设备采用智能数显温控箱ff300。

通过加热温控设备实现对电加热丝的通电开闭，通过电加热丝对保温装置进行加热，对混凝土试样通过保温装置散失的热量进行补偿，保证混凝土试样与环境只能进行单面换热。

所述保温装置内设有冷却液循环管，冷却液循环管埋设在保温装置内冷却液循环管与液冷温控设备接。液冷温控设备选用液冷温控设备XMTD-818CPK。

所述保温装置内设有温度探头，温度探头通过数据线与温度实时采集器连接。温度实时采集器采用16路PT100采集模块，温度实时采集器会自动采集温度探头所测得的温度数据，并显示于温度实时采集器上，便于试验人员观测和了解保温装置内部的实时温度情况。

还包括控制器，在本实施例中，控制器为计算机，控制器与温度实时采集器、液冷温控设备和加热温控设备电性连接。

在控制器中设定控制温度值，当温度探头检测到温度数据高于设定值后，液冷温控设备会自动通电并降低循环液的温度，降温后的循环液通过冷却液循环管不断循环，从而使保温装置内部温度下降，直至达到设定值为止；当温度探头检测到温度数据低于设定值后，加热温控设备控制电加热丝通电实现对保温装置的加热，直至温度达到设定值为止。

一种混凝土表面换热系数的试验方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建混凝土单面热传导试验装置，保证混凝土单面与环境进行热交换。

步骤二、将混凝土单面热传导试验装置放置在环境箱中，测量混凝土表层的温度数据，计算混凝土表面温度梯度，将每组温度数据进行二次多项式y＝a₀+a₁·x+a₂·x²拟合，可以得到a₀和a₁，其中a₀即为混凝土表面温度，a₁即为混凝土表面温度梯度。

计算混凝土表面换热系数β，根据公式(1)可计算出混凝土表面换热系数β

其中：

T_w为混凝土表面温度；

T_f为环境温度；

λ为混凝土的导热系数；

为混凝土表面温度梯度。

计算出混凝土表面换热系数后，绘制混凝土表面换热系数与环境与混凝土试样的温差的变化关系图。

本实施例环境温度为-20℃，混凝土初始温度为20℃。通过导热系数测试仪进行测定，经多次测量取平均值后得到混凝土导热系数为1.61W/(m·K)。

通过高精度温度探头测量混凝土试样的表层的温度数据，应用二次多项式进行拟合，其拟合曲线如图3所示。

相关系数(R):0.999186826456288，相关系数之平方(R²):0.998374314163788。

计算得出混凝土表面温度梯度为157℃/mm。

根据公式(1)可计算出混凝土表面换热系数β

计算出换热系数为39.8kJ/(h·m²·℃)。

从而计算出在一定条件下的混凝土的单向换热系数。

进一步研究环境温度对换热系数的影响，在该实施例中，混凝土温度设置为20℃，环境温度分别为-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，试验时对于混凝土表面换热系数进行了监测。

将混凝土表面换热系数随温差的变化关系如图4所示，换热系数随着温差的增大而增大，当环境温度大于混凝土温度时，换热系数随着温差的增大而增大的速率逐渐变小。当环境温度小于混凝土温度时，换热系数随着温差的增大而增大的速率逐渐变大。