热脉冲探针-时域反射技术测量含水合物沉积物的热导率及水合物饱和度

我国在海洋和冻土区都已发现天然气水合物资源区并成功获取实物样品。含水合物沉积物的热导率是估算水合物资源量、设计合理开采方案的关键性数据之一。受水合物稳定条件和测量技术的限制,水合物热导率测定尚不完善。本文通过自主研制的天然气水合物热物理参数测量系统,开展了海洋沉积物中天然气水合物热导率与饱和度测量研究。实验使用取自南海神狐海域的沉积物作为反应介质,在压力7.8 MPa、温度2℃的条件下合成甲烷水合物,并利用热脉冲探针与时域反射技术联合测量的方式获得沉积物中水合物形成过程的热导率和饱和度等实验数据。结果表明,当水合物饱和度从0增加至49%时,体系热导率出现了先升高后降低的变化趋势。分析发现体系热导率随水合物饱和度的变化特征与水合物在沉积物中的填充方式有关,在实验选用的南海沉积物中,水合物优先选择在颗粒孔隙间成核生长,并最终与沉积物颗粒胶结共存。

利用热脉冲-时域反射技术测定土壤水热动态和物理参数 Ⅰ.原理

由于土壤特性的时空变异性 ,对土壤含水量、温度、热特性以及其它物理参数的动态监测是土壤学研究的重要课题。本文以热脉冲技术和时域反射技术的理论为基础 ,介绍了利用热脉冲技术 时域反射技术 (Thermo TDR)连续定位测定土壤含水量、电导率、温度和热特性的原理 ,并利用土壤热特性与容重和含水量的关系 ,导出了土壤容重、饱和度和通气孔度的计算公式。

热脉冲-时域反射技术原位测定土壤孔隙度及其影响因素分析

针对传统测量方法无法动态监测土壤孔隙度(n)的局限性,本研究基于热脉冲-时域反射(ThermoTDR)技术,利用改进后的Thermo-TDR探头在实验室内对不同质地土壤孔隙度和充气孔隙度(na)进行测定,并应用于野外原位动态监测土壤孔隙度,进而对热脉冲-时域反射技术测定土壤充气孔隙度的影响因素进行分析.实验表明,Thermo-TDR值与烘干法比较,室内测定均方根误差(RMSE)值为0.015,野外测定RMSE值为0.023,相对误差均在5%以内,可以准确反映土壤孔隙度的动态变化.探针间距r和热量q是影响热脉冲-时域反射技术测定土壤孔隙度的准确性的关键因素.减少探针入土时摆动导致的探针间距变化可以有效降低热脉冲-时域反射技术测定误差.Thermo-TDR技术测定迅速,准确性高且对土壤结构破坏小,具有广阔的应用前景和推广价值.

利用热脉冲时域反射技术测定土壤水热动态和物理参数Ⅱ.应用

土壤含水量、温度、热特性以及其它物理参数的动态监测是描述土壤中各种物理、化学和生物过程的基础。本文利用热脉冲 -时域反射技术 (Thermo -TDR)对不同质地土壤的含水量、电导率、温度、容积热容量、导热率和热扩散系数进行了测定 ,并利用土壤容积热容量与容重和含水量的关系 ,计算了土壤容重、通气孔度和饱和度。结果表明 ,Thermo -TDR技术能够提供可靠的土壤含水量、温度、容重、通气孔度和饱和度的信息。本文也分析了Thermo

土石坝渗流热脉冲时域反射技术检测方案设计优化研究

渗流破坏是土石坝破坏的主要原因,加强渗流监测对保证大坝安全稳定具有重要意义。文章以辽宁省喀左县郭台子水库大坝土坝段为例,利用HYDRUS-3D软件进行了土坝坝体渗流模拟研究,根据研究结果对渗流热脉冲时域反射技术检测技术方案进行优化,研究结论可以促进热脉冲时域反射技术在大坝渗流监测中的应用。

T-TDR传感器热电偶结点位置优化试验

为提高T-TDR(Thermal-time domain reflectance)土壤水分传感器的测量准确度,优化传感器的结构参数,对比研究了热电偶结点嵌入位置和大小对T-TDR传感器热特性敏感度和测量精度的影响规律。设计热电偶结点分别在探针中点和中点下移2 mm处的位置,通过点焊方式减小热电偶结点体积,制作出3种类型的T-TDR传感器及其测定系统。分别在砂土、砂质壤土、粘壤土的5种不同含水率条件下对3种传感器进行热特性试验,测定其热特性曲线并计算含水率,利用干燥法进行精度检验。结果表明,热电偶在中点位置下移2 mm及采用点焊方式小结点的传感器对中间探针的辐射热量较其他两类传感器敏感,灵敏度也较高,含水量测定结果与干燥法测量值有较好的相关性(R2为0.981,RMSE为0.015 2),测量精度比传统结构参数的传感器有所提高。

基于低频滤波法的T-TDR含水率测量方法研究

为了解决T-TDR(Thermo-time domain reflectometry)探针短,土壤含水率测量效果差等技术问题,提出了一种低频滤波法LFF(Low frequency filter)进行TDR波形分析的计算模型。通过对TDR波形快速傅里叶变换,得到组成TDR波形的频谱,对其低频滤波后重新快速傅里叶反变换,可实现LFF变换。试验通过4种土壤,每种5个含水率的20个土样进行测试,通过LFF法和传统WINTDR法对比,结果表明LFF法具有较好的计算结果,其与干燥法的决定系数R2达0.983 5。LFF法不仅有效提高了T-TDR短针土壤含水率的测试精度,还简化了土壤含水率测试校验程序,提高了测试效率。

水合物热导率测试技术研究进展

精确测量水合物热导率是开发应用水合物蓄冷空调技术的关键之一。限于水合物热物性及其亚稳态特征,相比常规材料,其热导率测量难度大、误差大,导致传统热导率测量方法不能直接用于水合物的热导率测试。综述了瞬态热线法、瞬态平面热源法、稳态平板法、热脉冲探针技术等水合物热导率测试方法的基本原理、应用现状及局限性。着重介绍了热脉冲探针-时域反射技术测试方法,该方法将热脉冲探针法与瞬态板热源法相结合,可有效克服和互补现有单一测量方法的不足,使测量结果更精确,对于今后水合物蓄冷技术和热导率测量方法的发展具有一定的现实意义。(图5,参47)

分根交替灌溉对土壤水分分布和桃树根茎液流动态的影响

采用管式-时域反射仪(Tube TimeDomainReflectometry,Tube TDR)和热脉冲技术,研究了分根交替灌溉对土壤水分分布和桃树根茎液流动态的影响。研究结果表明,根区两侧同时灌溉(BothPartialIrrigation,BPI)时土壤水分向深层运动而远离根系层,不能被根系有效地吸收利用,而半边固定灌溉(FixedPartialIrrigation,FPI)和两边交替灌溉(AlternatePartialIrrigation,API)时减少了水分向深层运动,有利于根系有效地吸收。干湿交替和部分根干燥能促进根系补偿效应的发挥,使根系具有更强的吸水能力,但是又由于FPI干燥部分的根系长期处于干旱之中,使根系老化而造成复水后不能恢复其吸水能力。树干液流与ET0呈线性相关,并且其回归方程的系数在BPI、API和FPI处理中依次呈递减的趋势,这说明了在同样的大气潜在蒸发能力条件下,采用不同的根区湿润方式时,桃树蒸腾液流对大气潜在蒸发能力的响应程度存在着明显的差异。根液流与ET0成非线性相关,其相关程度低于树干液流与ET0的相关程度,说明了树干液流比根液流与大气潜在蒸发能力之间的关系更为密切。API和FPI的平均产量与BPI的相比有所降低,但是其灌溉水量相对减少,说明了API和FPI能明显提高灌溉水利用效率。

土石坝不同密度心墙材料渗漏检测方法研究

为提高土石坝的运行安全与稳定性,基于热脉冲技术和时域反射技术,开展了不同密度心墙材料的渗漏检测试验。结果表明:在利用热脉冲时域技术进行渗流量检测时,宜采用上下游温度上升比率法(T_(d)/T_(u)法)计算渗流量;热脉冲传感器探针位置宜布置在土石坝的中下游,从而避免因热脉冲扩散产生过大的检测误差;经探针位置和加热时长优化后,检测数据的均方根误差从30.45%下降至3%以内,可对不同密度心墙材料的渗漏情况进行较准确的检测。

我国天然气水合物研究获新进展

不久前，青岛所天然气水合物实验室利用自主研制的天然气水合物热物理参数模拟实验装置，针对性地开展了水合物热物理研究，将瞬态热脉冲技术与时域反射技术联合应用，成功获取含水合物沉积物热物理参数和水合物饱和度。