专利名称：温差条件下的蒸发模拟试验系统的制作方法
技术领域：
本发明属于水科学与水资源工程技术领域，尤其是涉及一种温差条件下的蒸发模拟试验系统。
背景技术：
通常研究蒸发问题，不研究介质中的温差效应。而事实上，介质中的温差对蒸发有着强烈的抑制或促进作用，热是水分运移的原动力，在研究包气带水分运移时若不考虑温度变化的影响，其模拟或计算都会给实际带来一定的误差。为了减小温度变化对蒸发模拟试验的影响，需要设计一种温差条件下的蒸发模拟试验系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种温差条件下的蒸发模拟试验系统，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，智能化程度高，能够为非饱和带水分运移计算提供一定的依据，实用性强，推广应用价值高。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于包括顶端敞口设置且用于装入试样的试验筒、悬挂设置在试验筒上方的蒸发模拟器、以及布设在试验筒上的多个负压传感器和多个温度传感器，所述试验筒的中央设置有连接有TDR含水率测量仪的含水率测量管，所述TDR含水率测量仪的TDR探头设置在含水率测量管中，所述试验筒的底端设置有用于连接供水装置的进水管、用于排水的排水管和用于测压的测压管，所述试验筒筒壁上开有多个分别连接有水汽压测量装置的水汽压测量孔，每个所述水汽压测量孔上均设置有阀门；所述蒸发模拟器包括中空设置的圆盘、均匀布设在圆盘上的多个红外灯泡和设置在圆盘内且用于调节红外灯泡工作电压的调压器，所述红外灯泡与所述调压器相接。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于包括与多个所述负压传感器相接的负压变送器，与多个所述温度传感器相接的温度变送器，与所述TDR含水率测量仪、负压变送器和温度变送器均相接的多路巡检仪，以及与所述多路巡检仪相接的计算机。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述试验筒由无底无盖的上半试验筒和有底无盖的下半试验筒通过法兰盘固定连接而成，所述下半试验筒的底端设置有底座且所述下半试验筒的底端为半球面。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述试验筒由导热系数小于O. 05w/m · k的玻璃钢材料制成,所述试验筒的高为I. 8m 2. 2m,所述试验筒的直径为 O. 5m O. 7m,所述试验筒的壁厚为9_ 11_。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述试验筒的高为2m，所述试验筒的直径为O. 6m,所述试验筒的壁厚为10mm。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述圆盘的直径与所述试验筒的直径相等，所述红外灯泡的数量为6 12个，所述红外灯泡的额定功率为200W 400W。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述红外灯泡的数量为9 个，所述红外灯泡的额定功率为275W。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于多个所述负压传感器和多个所述温度传感器均从下到上由稀到密布设在所述试验筒上，所述负压传感器、温度传感器和水汽压测量孔的数量相等且均为8 15个，多个所述负压传感器和多个所述温度传感器一一对称布设；多个所述水汽压测量孔分别一一对应位于多个所述温度传感器的旁边。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述供水装置为马里奥特瓶，所述马里奥特瓶包括封闭设置的供水筒和敞口设置的平衡杯，所述供水筒的底端通过连通管和设置在连通管上的连通阀与供水筒的底端相连通，所述供水筒的底端设置有供水管，所述供水管上设置有供水阀，所述供水筒的顶端设置有插入供水筒中的短通气管和长通气管，所述短通气管上设置有第一调气阀，所述长通气管上设置有第二调气阀，所述平衡杯的底端设置有用于与试验筒相连的试验筒连接管，所述试验筒连接管上设置有试验筒连接阀，所述平衡杯的上半部侧壁上设置有溢流管。上述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述水汽压测量装置包括多个分别对应与多个所述水汽压测量孔相连的双U形管，所述双U形管上设置有水汽压测量开关，多个所述双U形管均布设在所述水汽压测量板上。本发明与现有技术相比具有以下优点I、本发明的结构简单，设计新颖合理，实现方便。2、本发明的使用操作便捷，可以测量温度变化条件下包气带中水分、温度、负压与水汽压值，通过多个试验仪器(包括负压变送器、温度变送器、TDR含水率测量仪、多路巡检仪和计算机)的配合，能够实现水分、温度、负压与水汽压值的记录和存储，智能化程度高。3、本发明中蒸发模拟器工作时，通过调压器可调节红外灯泡的工作电压，改变其实际功率，造成强度不等的蒸发环境，从而调节模拟地表温度。4、本发明中试验筒由导热系数小于O. 05w/m*k的玻璃钢材料制成，有助于提高蒸发模拟试验的准确性。5、根据本发明测得的水分、温度、负压与水汽压值，可研究不同介质在不同温差条件下的蒸发状态及其参数，为非饱和带水分运移计算提供一定的依据，本发明的实用性强， 推广应用价值高。综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，智能化程度高，能够为非饱和带水分运移计算提供一定的依据，实用性强，推广应用价值高。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图I为本发明的结构示意图。图2为本发明蒸发模拟器的仰视图。图3为本发明马里奥特瓶的结构示意图。附图标记说明1-1-上半试验筒； 1-2-下半试验筒； 1-3-法兰盘；
1-4-底座；2-蒸发模拟器；2-1-圆盘；
2-2-红外灯泡；2-3-调压器；3-负压传感器；
4-温度传感器；5-含水率测量管；6-TDR含水率测量仪；
7-进水管；8-供水装置；8-1-供水筒；
8-2-平衡杯；8-3-连通管；8-4-连通阀；
8-5-供水管；8-6-短通气管；8-7-长通气管；
8-8-第一调气阀；8_9_第二调气阀；8-10-试验筒连接管；
8-11-试验筒连接阀;8-12-溢流管；8-13-供水阀；
9-排水管；10-测压管；11-水汽压测量孔；
12-1-双U形管；12-2-水汽压测量开关；12-3_水汽压测量板；
13-阀门；14-负压变送器；15-温度变送器；
16-多路巡检仪；17-计算机。
具体实施方式
如图I和图2所示，本发明包括顶端敞口设置且用于装入试样的试验筒、悬挂设置
在试验筒上方的蒸发模拟器2、以及布设在试验筒上的多个负压传感器3和多个温度传感器4，所述试验筒的中央设置有连接有TDR含水率测量仪6的含水率测量管5，所述TDR含水率测量仪6的TDR探头设置在含水率测量管5中，所述试验筒的底端设置有用于连接供水装置8的进水管7、用于排水的排水管9和用于测压的测压管10，所述试验筒筒壁上开有多个分别连接有水汽压测量装置的水汽压测量孔11，每个所述水汽压测量孔11上均设置有阀门13 ;所述蒸发模拟器2包括中空设置的圆盘2-1、均匀布设在圆盘2-1上的多个红外灯泡2-2和设置在圆盘2-1内且用于调节红外灯泡2-2工作电压的调压器2-3，所述红外灯泡2-2与所述调压器2-3相接。本发明还包括与多个所述负压传感器3相接的负压变送器14，与多个所述温度传感器4相接的温度变送器15，与所述TDR含水率测量仪6、负压变送器14和温度变送器15 均相接的多路巡检仪16，以及与所述多路巡检仪16相接的计算机17。如图I所示，本实施例中，所述试验筒由无底无盖的上半试验筒1-1和有底无盖的下半试验筒1-2通过法兰盘1-3固定连接而成，所述下半试验筒1-2的底端设置有底座1-4 且所述下半试验筒1-2的底端为半球面。所述试验筒由导热系数小于O. 05w/m · k的玻璃钢材料制成，所述试验筒的高为I. 8m 2. 2m,所述试验筒的直径为O. 5m O. 7m,所述试验筒的壁厚为9mm 11mm。优选地,所述试验筒的高为2m,所述试验筒的直径为O. 6m,所述试验筒的壁厚为10mm。结合图2，本实施例中，所述圆盘2-1的直径与所述试验筒的直径相等，所述红外灯泡2-2的数量为6 12个，所述红外灯泡2-2的额定功率为200W 400W。所述红外灯泡2-2的数量为9个，所述红外灯泡2-2的额定功率为275W。9个红外灯泡2_2由统一开关控制，蒸发模拟器2工作时，通过调压器2-3可调节红外灯泡2-2的工作电压，改变其实际功率，造成强度不等的蒸发环境，从而调节模拟地表温度。如图I所示，本实施例中，多个所述负压传感器3和多个所述温度传感器4均从下到上由稀到密布设在所述试验筒上，所述负压传感器3、温度传感器4和水汽压测量孔11的数量相等且均为8 15个，多个所述负压传感器3和多个所述温度传感器4 一一对称布设； 多个所述水汽压测量孔11分别一一对应位于多个所述温度传感器4的旁边。结合图3，本实施例中，所述供水装置8为马里奥特瓶，所述马里奥特瓶包括封闭设置的供水筒8-1和敞口设置的平衡杯8-2，所述供水筒8-1的底端通过连通管8-3和设置在连通管8-3上的连通阀8-4与供水筒8-1的底端相连通，所述供水筒8-1的底端设置有供水管8-5，所述供水管8-5上设置有供水阀8-13，所述供水筒8-1的顶端设置有插入供水筒8-1中的短通气管8-6和长通气管8-7，所述短通气管8-6上设置有第一调气阀8_8，所述长通气管8-7上设置有第二调气阀8-9，所述平衡杯8-2的底端设置有用于与试验筒相连的试验筒连接管8-10，所述试验筒连接管8-10上设置有试验筒连接阀8-11，所述平衡杯 8-2的上半部侧壁上设置有溢流管8-12。如图I所示，本实施例中，所述水汽压测量装置包括多个分别对应与多个所述水汽压测量孔11相连的双U形管12-1，所述双U形管12-1上设置有水汽压测量开关12-2，多个所述双U形管12-1均布设在所述水汽压测量板12-3上。具体地，所述双U形管12-1通过乳胶管与所述水汽压测量孔11连接。当试验筒内温度发生变化时，试验筒内的水汽压就要发生变化，在试验筒内温度没有发生变化时，将双U形管12-1接至水汽压测量孔11时， 若打开水汽压测量开关12-2，双U形管12-1内的水面A和水面B将处于同高；之后关闭水汽压测量开关12-2，到试验筒内产生温差时，水汽压就要发生变化，于是打破水面A和水面 B间的平衡，两者间的差就是水汽的压力(表压)。另外，本实施例中，所述含水率测量管5为一根直径为42mm、长为3m的聚碳酸酯管。设置在每个所述水汽压测量孔11上的阀门13只有当试验筒内的试样处于非饱和时才打开。负压传感器3的测量范围为O 100kpa，TDR含水率测量仪6的探测范围是O. 01 O. 99，温度传感器4的测量范围为O 120°C。本发明可以测量温度变化条件下包气带中水分、温度、负压与水汽压值。本发明的工作过程是一、水分特征参数的测定(以脱湿过程为例):I、将试验筒底端的进水管7通过乳胶管与供水装置8中的试验筒连接管8-10连接，之后向试验筒内分层装填试验砂样，每层不超过5cm，装一层饱和一层，直至装满试验筒，在装试验砂样时同时将含水率测量管5置入试验筒的中央，装满试验筒的砂样，至少要经过三次的排水、充水；2、在试验筒的相应部位安装好负压传感器3和温度传感器4，将水汽压测量装置连接在水汽压测量孔11处，关闭设置在水汽压测量孔11上的阀门13，将负压传感器3与负压变送器14连接，将温度传感器4与温度变送器15连接，将TDR含水率测量仪6、负压变送器14、温度变送器15与多路巡检仪16连接；3、打开试验筒底端的排水管9，先使试验砂样自然排水，至排不出水后，再用真空泵从排水管9处抽水，当多路巡检仪16上显示的数据要超过负压传感器3的量程时，停止抽水，待(一般需12小时以上)多路巡检仪16显示的负压值稳定，多路巡检仪16记录负压值，并用TDR含水率测量仪6同时测定与负压值相对应位置处的含水率；4、重复充水排水，获得约50组数据，就可以将数据导入计算机17中，通过计算机 17模拟获得脱湿过程的水分特征曲线(h-θ曲线)的水分特征参数。
二、温差条件下的蒸发试验I、完成水分特征参数测定试验后，关闭排水管9，通过供水装置8和进水管7供水使试验筒中的水位达到预设的高度，之后将马里奥特瓶置于预设的高度，打开连通阀8-4 和试验筒连接阀8-11，通过马里奥特瓶的平衡杯8-2，使试验筒中的水位与平衡杯8-2的水面同高；2、连接好各项测试仪器(包括负压变送器14、温度变送器15、TDR含水率测量仪6 和多路巡检仪16)，在试验开始前记录剖面上各点的温度、负压与含水率的初值；3、打开蒸发模拟器2，开始加温；4、试验开始阶段，可每小时记录一次温度、负压、水汽压、含水率及马里奥特瓶水位的读数，待蒸发稳定时，可放宽观测频率；5、当各项数值在12小时内波动变化不大时，可认为试验已经到达稳定阶段，一个指定水位的完整的试验过程结束，关闭蒸发模拟器2以及各阀门；6、改变马里奥特瓶高度，重复上述步骤，进行下一个水位的试验，直至做到蒸发为零的水位为止；7、建立负压、温度、水汽压的联合数学模型，即可深入研究温差条件下的蒸发过程。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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权利要求
1.一种温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于包括顶端敞口设置且用于装入试样的试验筒、悬挂设置在试验筒上方的蒸发模拟器(2)、以及布设在试验筒上的多个负压传感器(3)和多个温度传感器(4)，所述试验筒的中央设置有连接有TDR含水率测量仪(6) 的含水率测量管(5)，所述TDR含水率测量仪(6)的TDR探头设置在含水率测量管(5)中， 所述试验筒的底端设置有用于连接供水装置(8)的进水管(7)、用于排水的排水管(9)和用于测压的测压管(10)，所述试验筒筒壁上开有多个分别连接有水汽压测量装置的水汽压测量孔(11)，每个所述水汽压测量孔(11)上均设置有阀门(13);所述蒸发模拟器(2)包括中空设置的圆盘(2-1)、均匀布设在圆盘(2-1)上的多个红外灯泡(2-2)和设置在圆盘(2-1) 内且用于调节红外灯泡(2-2)工作电压的调压器(2-3)，所述红外灯泡(2-2)与所述调压器 (2-3)相接。
2.按照权利要求I所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于包括与多个所述负压传感器(3)相接的负压变送器(14)，与多个所述温度传感器(4)相接的温度变送器(15)，与所述TDR含水率测量仪￠)、负压变送器(14)和温度变送器(15)均相接的多路巡检仪(16)，以及与所述多路巡检仪(16)相接的计算机(17)。
3.按照权利要求I或2所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述试验筒由无底无盖的上半试验筒(1-1)和有底无盖的下半试验筒(1-2)通过法兰盘(1-3)固定连接而成，所述下半试验筒(1-2)的底端设置有底座(1-4)且所述下半试验筒(1-2)的底端为半球面。
4.按照权利要求3所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述试验筒由导热系数小于O. 05w/m *k的玻璃钢材料制成,所述试验筒的高为I. 8m 2. 2m,所述试验筒的直径为O. 5m O. 7m,所述试验筒的壁厚为9mm 11mm。
5.按照权利要求4所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述试验筒的高为2m,所述试验筒的直径为O. 6m,所述试验筒的壁厚为10mm。
6.按照权利要求3所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述圆盘 (2-1)的直径与所述试验筒的直径相等，所述红外灯泡(2-2)的数量为6 12个，所述红外灯泡(2-2)的额定功率为200W 400W。
7.按照权利要求6所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述红外灯泡(2-2)的数量为9个，所述红外灯泡(2-2)的额定功率为275W。
8.按照权利要求3所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于多个所述负压传感器(3)和多个所述温度传感器(4)均从下到上由稀到密布设在所述试验筒上，所述负压传感器(3)、温度传感器(4)和水汽压测量孔(11)的数量相等且均为8 15个，多个所述负压传感器(3)和多个所述温度传感器(4) 一一对称布设；多个所述水汽压测量孔(11) 分别一一对应位于多个所述温度传感器(4)的旁边。
9.按照权利要求3所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述供水装置(8)为马里奥特瓶，所述马里奥特瓶包括封闭设置的供水筒(8-1)和敞口设置的平衡杯(8-2)，所述供水筒(8-1)的底端通过连通管(8-3)和设置在连通管(8-3)上的连通阀 (8-4)与供水筒(8-1)的底端相连通，所述供水筒(8-1)的底端设置有供水管(8-5)，所述供水管(8-5)上设置有供水阀(8-13)，所述供水筒(8-1)的顶端设置有插入供水筒(8-1) 中的短通气管(8-6)和长通气管(8-7)，所述短通气管(8-6)上设置有第一调气阀(8-8)，所述长通气管(8-7)上设置有第二调气阀(8-9)，所述平衡杯(8-2)的底端设置有用于与试验筒相连的试验筒连接管(8-10)，所述试验筒连接管(8-10)上设置有试验筒连接阀 (8-11)，所述平衡杯(8-2)的上半部侧壁上设置有溢流管(8-12)。
10.按照权利要求3所述的温差条件下的蒸发模拟试验系统，其特征在于所述水汽压测量装置包括多个分别对应与多个所述水汽压测量孔(11)相连的双U形管(12-1)，所述双 U形管(12-1)上设置有水汽压测量开关(12-2)，多个所述双U形管(12-1)均布设在所述水汽压测量板(12-3)上。
全文摘要
本发明公开了一种温差条件下的蒸发模拟试验系统，包括试验筒、设置在试验筒上方的蒸发模拟器、以及布设在试验筒上的多个负压传感器和多个温度传感器，试验筒的中央设置有含水率测量管，试验筒的底端设置有进水管、排水管和测压管，试验筒筒壁上开有多个分别连接有水汽压测量装置的水汽压测量孔，每个水汽压测量孔上均设置有阀门；蒸发模拟器包括中空设置的圆盘、均匀布设在圆盘上的多个红外灯泡和设置在圆盘内且用于调节红外灯泡工作电压的调压器，红外灯泡与调压器相接。本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，智能化程度高，能够为非饱和带水分运移计算提供一定的依据，实用性强，推广应用价值高。
文档编号G01N25/00GK102590259SQ201210044519
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月26日 优先权日2012年2月26日
发明者侯莉莉, 李俊亭, 王文科, 赵贵章 申请人:长安大学
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