[发明专利]基于温差-热流的受载岩石导热系数测试方法

说明书

本发明涉及基于温差‑热流的受载岩石导热系数测试方法，包括以下步骤：S1，将立方体试样置于弹性压力盒内；弹性压力盒包括6个压头，6个压头分别与立方体试样的6个面接触，至少其中一个压头的前端设有电加热元件，每个压头前端装有热流传感器和温度传感器；S2，利用压头对立方体试样进行加载，给其中一个电加热元件通电，使立方体试样的相对侧产生温度差；通过热流传感器、温度传感器测量热流量、温度值；S3，基于立方体试样的厚度、热流量、温度值，计算出导热系数。本申请的压头可对试样进行加载和局部加热，可使试样产生对向温差，利用相应侧的热流传感器、温度传感器可测量出该侧的热流量、温度，继而可实现受载情况下试样导热系数的测试。

技术领域

本发明涉及岩石导热系数测试技术领域，尤其涉及基于温差-热流的受载岩石导热系数测试方法。

背景技术

材料直接传导热量的能力称为热传导率，或称热导率（Thermal Conductivity）。热导率定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量。热导率的单位为瓦/米/开尔文（W/（m·K)）。

导热性质是岩石重要的物理性质之一。其在地热开发及岩土热工程应用中有着重要意义。岩石热导率表示岩石导热能力的大小，即沿热流传递的方向单位长度上温度降低一度时单位时间内通过单位面积的热量。

现有的岩石导热系数测试通常采用热线法，即在试样中置入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线一定距离上的温度变化与试件的关系即可计算出导热系数。这种测试方法需要对岩石进行预处理，改变了岩石的性状。此外，由于测控的存在，无法进行受载条件下岩石三维导热系数的实时测试。因此，当前缺乏可进行深部受载岩石三维导热系数实时测试的技术。

发明内容

本申请为解决上述问题提供一种基于温差-热流的受载岩石导热系数测试方法，可实现在加载过程测试岩石的导热系数。

本申请通过下述技术方案实现：

本申请提供的基于温差-热流的受载岩石导热系数测试方法，

S1，将立方体试样置于弹性压力盒内；弹性压力盒包括6个压头，6个压头两两位于X轴、Y轴、Z轴方向上；

6个压头分别与立方体试样的6个面接触，至少其中一个压头的前端设有电加热元件，每个压头前端设孔装有热流传感器和温度传感器；

S2，利用压头对立方体试样进行加载，加载过程中或加载停止时给其中一个压头上的电加热元件通电，使立方体试样的其中一个方向的相对侧产生温度差；

通过所述热流传感器测量热流量，通过温度传感器测量立方体试样表面温度值；

S3，基于立方体试样在所述其中一个方向的厚度、所述热流量、所述温度值，计算得到导热系数。

特别的，X轴方向的两个压头中的至少一个压头的前端设有电加热元件；Y轴方向的两个压头中的至少一个压头的前端设有电加热元件；Z轴方向的两个压头中的至少一个压头的前端设有电加热元件。测试单一方向的导热系数时，其余方向的电加热元件不工作；通过测试X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的导热系数，获得试样的三维导热系数。

可选的，前端设电加热元件的压头的前端设有加热垫块，所述加热垫块与压头之间设槽安装所述电加热元件；

加热垫块对应所述热流传感器、温度传感器的位置有通孔；所述加热垫块的通孔中装有导热垫，前端不设加热垫块的压头的前端孔中装有导热垫，热流传感器、温度传感器位于导热垫后端。

可选的，所述热流传感器和温度传感器集成在一个探头上。

特别的，所述S1中，用至少8个高弹性弹性金属片将所述6个压头连接在一起。

特别的，同一轴向方向的两个压头之间设有位移检测机构，通过位移检测机构检测出立方体试样在所述其中一个方向的变形量；所述S3中的立方体试样的厚度为受载前立方体试样的厚度与所述变形量之差。