[发明专利]一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统

说明书

本发明公开了一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统。驱动采集系统在超重力离心机外，多级离心泵和冷却循环水机连接，冷却循环水机经流量计连接到旋转接头，多级离心泵和旋转接头连接；冷却循环水机内装有温度传感器，温度传感器与温度数据采集器相连；旋转接头装在超重力离心机的主轴底座，旋转接头和温度控制系统连接，温度控制系统装在超重力离心机的吊篮上；两个分流器分别作为入出口侧，分流器的分流端口连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管预埋入能量桩内部，形成地下能源结构。本发明的加热制冷系统采用多级离心泵，并将驱动采集系统布置在超重力离心机外，降低了实验装置受超重力影响，以及采用分流器和温控阀解决了仅能向单一模型施加同一温度荷载的技术问题，并且能提高了温度测量的稳定性和准确性。

技术领域

本发明涉及土木工程和地源热泵技术中的一种超重力环境的加热制冷系统，具体是超重力模拟实验装置中的一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统。

背景技术

能源地下结构将土木工程和地源热泵技术结合，不仅可以利用地下结构的承载性能，而且可以采集浅层地热能，用于建筑、基础建设和各类环境的供暖与制冷，具有节约能源和减少碳排放的优势，因此受到了工业界与学术界的广泛关注。

受气候和季节变化影响，地表浅层土体温度不断改变，研究表明，温度的变化，可能会导致能源地下结构承载力降低，还会产生累积变形，影响其服役性能。因而，研究温度荷载作用下，能源地下结构性能变化具有非常重要的工程应用价值。

能源地下结构服役性能衰减问题是一个长历时的科学问题，常规岩土工程试验手段不能有效地解决，超重力离心模型试验通过缩尺效应实现模型重力场与原型重力场相似，并利用缩时效应实现长期过程的模拟，成为研究该问题的有效手段。然而，现有的应用于超重力模型试验的加热制冷系统存在尺寸大，组成复杂的缺点，不易于复制应用。实验装置的性能受到超重力影响，且g值越大，对装置性能的影响越大。且该类装置仅能向单一结构施加温度荷载，无法向多个结构施加不同幅值的温度荷载。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种应用于超重力模型试验的加热制冷系统，解决了实验装置受超重力影响，以及仅能向单一模型施加温度荷载的技术问题，且占地空间小；进一步提供了一种实验室中消除管道中气泡的方法，进而提高了温度测量的稳定性和准确性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明包括旋转接头、温度控制系统和驱动采集系统，温度控制系统和驱动采集系统构成一个闭合的循环回路；温度控制系统包括两个分流器、多个温控阀、空气阀和硅胶管；驱动采集系统包括冷却循环水机、流量计、多级离心泵、温度传感器和温度数据采集器；驱动采集系统安装在超重力离心机之外，多级离心泵的输出端和冷却循环水机的输入端连接，冷却循环水机的输出端经流量计连接到旋转接头，多级离心泵的输入端和旋转接头连接；冷却循环水机内部安装有温度传感器，温度传感器与温度数据采集器相连；旋转接头安装在超重力离心机的主轴底座上，旋转接头经中间连接管道和温度控制系统的输入端、输出端连接，温度控制系统安装在超重力离心机的吊篮上；两个分流器分别作为入口侧和出口侧，两个分流器的集合端口分别作为温度控制系统的两端，两个分流器以各自的一个分流端口分别连接到能量桩硅胶管的两端，能量桩硅胶管预埋入能量桩内部，能量桩硅胶管和能量桩共同形成一个地下能源结构，两个分流器连接有多个地下能源结构，两个分流器在连接地下能源结构后各自剩余的分流端口之间通过硅胶管对应连接；温控阀和空气阀安装在温度控制系统入口侧的分流器一侧的分流端口上。硅胶管和位于温度加载系统入口侧的分流器的分流端口之间通过温控阀连接控制，能量桩的输入端和位于温度加载系统入口侧的分流器的分流端口之间通过空气阀连接。

冷却循环水机的输出端和多级离心泵的输入端均经旋转接头在超重力离心机运行下分别和温度控制系统的输入端、输出端连通，使得温度控制系统的热水输入端和冷却循环水机的输出端始终连接，温度控制系统的冷水输出端和多级离心泵的输入端始终连接。