Установка для определения незамерзшей воды в мерзлых грунтах и пористых материалах

Полезная модель относится к области исследований криологии и геокриологии и направлена на повышение точности получаемых результатов и расширение ее возможностей. Это достигается тем, что на торцевых сторонах бюксы размещены два датчика теплового потока, и между подводящим и отводящим холодоноситель трубопроводами установлен регулирующий клапан с электроприводом. Полезная модель используется для определения количества незамерзшей воды в грунтах и пористых материалах при различной отрицательной температуре.

Полезная модель относится к области исследований криологии и геокриологии, а именно, процессов сопровождающих замерзание и оттаивание влажных грунтов, почв и пористых строительных материалов.

Известна экспериментальная установка, разработанная Б.В. Григорьевым и А.Б. Шабаровым [Заявка 2012149324/15, «Установка для определения незамерзшей воды в мерзлых грунтах», положит. решение от 17.05.2013 г.], которая включает в себя исследуемый образец, датчик температуры, датчик теплового потока, теплоизоляционный кожух, криостат.

Основными недостатками данных установок являются:

Недостаточная площадь перекрытия датчиком теплового потока поверхности теплообмена между бюксой с образцом и окружающим пространством, и недостаточная. гибкость управляющих элементов установки в плане выбора и изменения режима замораживания/оттаивания по интересующему алгоритму изменения температуры.

Описанная конструкция служит для определения незамерзшей воды во влажных почвах и грунтах, однако в строительной отрасли необходимы данные о содержании незамерзшей воды в пористых строительных материалах.

Технический результат предполагаемой полезной модели состоит в повышении точности получаемых результатов, расширении сферы применения установки для как почв и дисперсных грунтов, так и для пористых строительных материалов, и пополнении списка различных режимов работы установки.

Это достигается тем, что увеличена площадь перекрытия датчиками теплового потока поверхности контакта образец -окружающая среда, посредством размещения помимо датчика на боковой стороне бюксы, еще двух датчиков с торцевых сторон бюксы;

помимо этого, в схему установки, между подводящим и отводящим трубопроводами внедрен регулирующий клапан с электроприводом, позволяющий, в зависимости от требуемого режима замораживания/оттаивания плавно регулировать подачу холодоносителя к циркуляционному блоку путем отвода части жидкости из подводящего трубопровода в отводящий, минуя циркуляционный блок, это дает возможность изменять температуру в циркуляционном блоке по задаваемому алгоритму. Так же в данной конструкции реализована возможность замораживания и оттаивания влажных грунтов, почв и пористых строительных материалов.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг. 1 изображена экспериментальная установка. В ее состав входят: криостат 1; ПК 2; термометры сопротивления (ТСП) и датчики теплового потока (ДТП) 3 (на фиг. 1 отображены подводящие провода); циркуляционный блок 4; трубопроводы 5; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6; регулирующий клапан с электроприводом 7, электронное устройство управления электроприводом 8.

На фиг. 2 показано устройство подготовленной к эксперименту бюксы с образцом.

В ее входят: бюкса с крышкой 1; исследуемый образец 2; термометр сопротивления 3; датчики теплового потока 4, 5.

Экспериментальная установка с внешним контуром охлаждения, включает: криостат; циркуляционный блок, который подключается к криостату для подвода и отвода холодоносителя. В рабочей камере циркуляционного блока располагается исследуемый образец, датчики теплового потока и платиновые термометры сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, служащий обработки и преобразования сигналов от датчика теплового потока и ТСП и вывода данных на ПК; теплоизолированные трубопроводы для соединения криостата и циркуляционного блока в единый контур; регулирующий клапан.

Установка работает следующим образом

Исследуемый влажный образец помещают в бюкс, по центру бюксы вставляют термометр сопротивления, одевают крышку, затем на боковой поверхности бюксы а также с верхней и нижней сторон закрепляют три датчика теплового потока в форме пластины и диска соответственно, как показано на фиг. 2.

Бюкс помещают, в рабочую камеру циркуляционного блока, закрывают блок крышкой и подключают выводы термометра бюксы и датчиков теплового потока, а также термометра расположенного в камере к АЦП, оставляют на 2-3 часа для достижения нулевой величины плотности теплового потока между образцом и воздухом камеры, и равенства температур образца и окружающего пространства.

Подключают циркуляционный блок к штуцерам внешнего контура охлаждения криостата посредством трубопроводов, и заполняют испарительную камеру криостата термостатирующей жидкостью (тосолом) в объеме 7 литров, затем включают криостат и выставляют заданную температуру. После того как температура термостатирующей жидкости начинает снижаться, открывают краны и включают помпу для перекачивания жидкости по контуру.

В зависимости от режима замораживания задают необходимое положение регулирующего клапана, или алгоритм его изменения с течением времени, температуры и т.д.

Источники информации

1. Даниэлян Ю.С. Исследования неравновесного тепломассопереноса в грунтах с фазовыми переходами влаги применительно к проектированию обустройства нефтяных месторождений. Дис. д.ф. - м.н., Тюмень. 1997.

2. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М.: Изд-во Высшая школа, 1973. 448 с.

Установка для определения содержания незамерзшей воды в мерзлых грунтах и пористых материалах, содержащая помещенную в рабочую камеру циркуляционного блока бюксу с образцом и термометром сопротивления, размещенные на боковой и торцевых сторонах бюксы датчики теплового потока, подсоединенный к циркуляционному блоку посредством подводящего и отводящего холодоноситель трубопроводов криостат и установленный между указанными трубопроводами регулирующий клапан с электроприводом.