CN204740217U - 一种土壤多孔介质热质传递实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤多孔介质热质传递实验装置，包括水箱和土壤箱，土壤箱为包裹有绝热层的有机玻璃箱，绝热层外部还设置有由胶合板制成的壳体，壳体下方设置有支撑架，土壤箱上方设置有加热加湿段，加热加湿段包括输风管和设置在输风管内部的超声波加湿器和加热器，输风管一端连接有风机，风机与输风管连接的部分设置有风量控制阀门，输风管沿着进风的方向依次设置有冷却器、超声波加湿器、加热器和热球风速仪。本实用新型一种土壤多孔介质热质传递实验装置，可以对特定土壤在不同大气条件下的温度、湿度等进行测量，准确度高，测量所得数据不仅为理论分析提供必须的参数，也为各种理论模型提供可靠的验证。

Description

一种土壤多孔介质热质传递实验装置

技术领域

本实用新型属于土壤热质传递机理研究领域，具体涉及到一种土壤多孔介质热质传递实验装置。

背景技术

土壤是人类赖以生存的主要资源之一，自然界土壤中物质和能量的迁移转化现象十分普遍，随着人口(粮食)、资源(水、土)与环境(污染、生态)成为世界上三大热点问题，与之有密切相关的土壤热质传递研究日益受到人们的重视。尽管目前多孔介质传递理论发展较快，但有关的实验研究却相对落后，热质迁移特性参数比较匮乏。除了土壤物理结构等内部因素外，大气环境也是影响土壤中水分湿含量、温度、溶质(如污染物)浓度等分布规律的一个至关重要的外部因素，而且人们更加关心特定土壤内部的盐、水、热诸要因素的迁移特性受当地气候条件的影响情况，以便在各类生产活动中采取措施。因此对土壤多孔介质传热的研究对农业生产、环境保护、地下水污染监控等众多领域都有着广泛应用和重要的理论与现实意义。

土壤多孔介质热质传递过程实验装置就是一个可模拟自然环境变量的实验研究平台，通过模拟自然界环境条件建立测试装置，调节可控变量，用测量元件来得到土壤中湿度，含水量，温度的数据，分析数据变化规律，从而揭示土壤热质传递规律。目前针对单一环境***的土壤模拟实验设备已经很成熟，但是，一个可以真实模拟不同大气环境的完整的实验装置还没有建 立，本实验装置弥补了现有技术的不足，为土壤热质传递研究提供了更加完善可靠的实验平台。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种土壤多孔介质热质传递实验装置，可以对特定土壤在不同大气条件下的温度、湿度等进行测量，准确度高，测量所得数据不仅为理论分析提供必须的参数，也为各种理论模型提供可靠的验证。

本实用新型所采用的技术方案是，一种土壤多孔介质热质传递实验装置，包括水箱和土壤箱，土壤箱为包裹有绝热层的有机玻璃箱，绝热层外部还设置有由胶合板制成的壳体，壳体下方设置有支撑架，土壤箱上方设置有加热加湿段，加热加湿段包括输风管和设置在输风管内部的超声波加湿器和加热器，输风管一端连接有风机，风机与输风管连接的部分设置有风量控制阀门，输风管沿着进风的方向依次设置有冷却器、超声波加湿器、加热器和热球风速仪。

本实用新型的特点还在于，

其中，水箱下方通过主水管连接有分水管和喷淋管，分水管与水龙头连接，喷淋管与喷淋装置连接，喷淋管上设置有进水阀门，分水管上设置有补水阀门。

其中，土壤箱一侧设置有水位计，水位计的上方开口处与水龙头的位置对应，水位计为与有机玻璃箱连通的玻璃管，土壤箱上设置有用于支撑水位计的管子支撑架，水位计与有机玻璃箱连接的下方设置有水位计阀门，有机玻璃箱底部设置有出水管，出水管与有机玻璃箱连通的位置设置有筛滤层，出水管上设置有出水阀门，有机玻璃箱内壁从上到下依次设置有水分传感器、盐分传感器和温度传感器，有机玻璃箱的上方设置有喷淋装置和可调温 红外灯。

其中，可调温红外灯，位于加热加湿段的管道中，与单项调压变压器相连。

其中，喷淋装置设置在加热加湿段中。

其中，水分传感器、盐分传感器和温度传感器与数据采集装置连接，数据采集装置与微机连接。

其中，加热器与三相变压调压器连接。

本实用新型的有益效果是，设备结构简单、操作方便、安全可靠，成本低，效率高，实验所得数据可靠。实验装置设置了风机、可调红外灯以及喷淋装置，在进风口设置了风向调节阀，风向、风速、辐射强度和降水量均可调节，真实有效的模拟了风吹、日照及降雨等大气环境，不仅可以测量单一大气环境下土壤的热质传递特性，还可以测定混合大气环境下的热质传递特性。

附图说明

图1是本实用新型一种土壤多孔介质热质传递实验装置的结构示意图。

图中，1.水箱，1-1.主水管，1-2.分水管，1-3.喷淋管，1-4.水龙头，1-5.补水阀门，2.进水阀门，3.热球风速仪，4.喷淋装置，5.水位计，6.管子支撑架，7.水位计阀门，8.出水阀门，9.出水管，10.筛滤层，11.绝热层，12.有机玻璃箱，13.实验用土壤，14.可调温红外灯，15.超声波加湿器，16.加热器，17.冷却器，18.输风管，19.风量控制阀门，20.风机，21.数据采集装置，22.水分传感器，23.盐分传感器，24.温度传感器，25.支撑架，26.单相调压变压器，27.三相调压变压器，28.微机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种土壤多孔介质热质传递实验装置，如图1所示，包括水箱1和土壤箱，土壤箱为包裹有绝热层11的有机玻璃箱12，绝热层11外部还设置有由胶合板制成的壳体，壳体下方设置有支撑架25；

水箱1下方通过主水管1-1连接有分水管1-2和喷淋管1-3，分水管1-2与水龙头1-4连接，喷淋管1-3与喷淋装置4连接，喷淋管1-3上设置有进水阀门2，分水管1-2上设置有补水阀门1-5；当水位计显示水位下降时，开启补水阀门1-5补通过水位计5的入口进行补水，从而使土壤箱中的水位保持恒定。

土壤箱一侧设置有水位计5，水位计5的上方开口处与水龙头1-4的位置对应，水位计5为与有机玻璃箱12连通的玻璃管，土壤箱上设置有用于支撑水位计5的管子支撑架6，水位计5与有机玻璃箱12连接的下方设置有水位计阀门7，有机玻璃箱底部设置有出水管9，出水管9与有机玻璃箱12连通的位置设置有筛滤层10，出水管9上设置有出水阀门8，有机玻璃箱内壁从上到下依次设置有水分传感器22、盐分传感器23和温度传感器24，有机玻璃箱12的上方设置有喷淋装置4和可调温红外灯14，

土壤箱上方设置有加热加湿段，加热加湿段包括输风管18和设置在输风管18内部的超声波加湿器15和加热器16，输风管18一端连接有风机20，风机20与输风管18连接的部分设置有风量控制阀门19，输风管18沿着进风的方向依次设置有冷却器17、超声波加湿器15、加热器16和热球风速仪3，其中热球风速仪3的作用是，测量进口处风速大小。

喷淋装置4设置在加热加湿段的输风管18中，可调温红外灯14也设置在加热加湿段中。

水分传感器22、盐分传感器23和温度传感器24与数据采集装置连接，上述三个传感器分别与数据采集装置21连接，数据采集装置21与微机28连接；

加热器16与三相变压调压器27连接，

可调温红外灯14，位于加热加湿管道中，红外灯有效光照范围为20m，与单项调压变压器26相连。

本实用新型的土壤多孔介质热质传递实验装置，其中的支撑架25，采用方管焊接而成，在支架底部焊接四个正方体立柱使支架更加稳固可靠，选择的方管尺寸有外径50×50mm和20×20mm两种规格，50×50mm的主要用来承重，20×20mm的主要用来固定支架，起到固定作用。

有机玻璃箱体12的主要作用是盛装实验用的含湿土壤，要求材料具有耐腐蚀性，因此选择有机玻璃。玻璃箱体上开有通风口，为使对流换热充分，在风速的控制范围内尽可能使通风管口大一些。箱体外包裹有绝热层11，绝热层采用玻璃棉材料，具有保温隔热、吸声降噪及安全防护等作用，隔绝土壤与外界换热。最外层包裹由20mm的胶合板制作而成的壳体以固定玻璃箱和绝热层，壳体底部开有通孔用来和玻璃箱体的底部装配。有机玻璃箱体内分布有温度传感器22、水分传感器23和盐分等传感器24。温度传感器22、水分传感器23和盐分传感器24这三个传感器分别与数据采集装置，并通过数据采集装置21转换信号，然后数据采集装置与微机28相连接以便读取数据。箱体底部连接排水管9，管子选用具有较强防腐蚀性的PP管，箱体与排水管中间设置有筛滤层10，筛滤层10可以选用一层或多层的铜丝过滤网，用以防止砂土的流出。

喷淋管1-3连接有喷淋装置4，位于加热加湿段的管道中，喷淋装置为 两个并列设置的喷淋头，喷淋管1-3上设置有进水阀门2，在本实验中喷淋装置主要是模拟自然环境降雨对土壤热传递的影响，只要保证喷洒均匀即可，因此选择沐浴喷头。喷淋装置4设置在箱体正中间以确保喷洒均匀，水量由阀门2控制。水箱正上方安装一个可调温红外灯14，位于加热加湿管道中，红外灯有效光照范围为20m，与单项调压变压器27相连，通过调节单项调压变压器的压力来调节合适的光照强度。加热加湿段中的风机20选用GDF系列离心式管道风机，体积较小且噪声低，方形进出风口可直接与通风管联接，本实验装置会经常遇到含湿空气，因此通风管材料选择不锈钢。

风机进出风口的通风管上安装一个风量控制阀19，选择经济性较高的伸缩蝶阀，以控制风量大小。输风管上依次安装有冷却器17，加热器16，超声波加湿器15，加热器与三相变压调压器27连接，通过调压来调节热量的大小。当进来的风温度过高或过低时，通过冷却器、加湿器及加热器将进来的风调节至所需的温度、湿度，输风管末端与箱体上边缘连接。微机28连接各个传感器，可显示不同时刻下，不同位置的温度、湿度等数值。

本实用新型土壤多孔介质热质传递实验装置的具体工作过程如下：首先，将实验用土壤装入有机玻璃箱体13内，以填平料箱口为止；然后开启风机20，用风量控制阀门19调节好风量大小，风经过输风管18依次到达冷却器17、加热器16及加湿器15，通过加热加湿段将进来的风调节至所需的温度、湿度。加热器由三相变压调压器27调节热量大小，调节后的风不断地吹过箱体通风口，观察水位计，当水位下降时开启阀门11进行恒水位补给。同时保持排水阀8开启状态。有机玻璃箱体固定位置分别布置有水分、盐分、温度传感器22、23、24，每隔一段时间，通过数据采集装置21读取各个时刻的水分、温度等。关闭风机20及出水阀门8，开启水箱1的进水阀 门2，调节好进水量，每隔一段时间观察温度、湿度等的变化。关闭各个阀门，开启可调红外灯14，同时打开排水阀8，调节单项调压器26来控制光照强度，每隔一段时间记录相关数据。此外，可同时开启风机20及可调红外灯14或者水箱阀门2，来完成不同情况下土壤内热质迁移过程的实验模拟。

Claims (7)

1.一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，包括水箱(1)和土壤箱，所述的土壤箱为包裹有绝热层(11)的有机玻璃箱(12)，所述的绝热层(11)外部还设置有由胶合板制成的壳体，所述的壳体下方设置有支撑架(25)，所述的土壤箱上方设置有加热加湿段，所述的加热加湿段包括输风管(18)和设置在输风管(18)内部的超声波加湿器(15)和加热器(16)，所述的输风管(18)一端连接有风机(20)，所述的风机(20)与输风管(18)连接的部分设置有风量控制阀门(19)，所述的输风管(18)沿着进风的方向依次设置有冷却器(17)、超声波加湿器(15)、加热器(16)和热球风速仪(3)。

2.根据权利要求1所述的一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，所述的水箱(1)下方通过主水管(1-1)连接有分水管(1-2)和喷淋管(1-3)，所述的分水管(1-2)与水龙头(1-4)连接，所述的喷淋管(1-3)与喷淋装置(4)连接，所述的喷淋管(1-3)上设置有进水阀门(2)，所述的分水管(1-2)上设置有补水阀门(1-5)。

3.根据权利要求2所述的一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，所述的土壤箱一侧设置有水位计(5)，所述的水位计(5)的上方开口处与所述的水龙头(1-4)的位置对应，所述的水位计(5)为与有机玻璃箱(12)连通的玻璃管，所述的土壤箱上设置有用于支撑水位计(5)的管子支撑架(6)，所述的水位计(5)与有机玻璃箱(12)连接的下方设置有水位计阀门(7)，所述的有机玻璃箱底部设置有出水管(9)，所述的出水管(9)与有机玻璃箱(12)连通的位置设置有筛滤层(10)，所述的出水管(9)上设置有出水阀门(8)，所述的有机玻璃箱内壁从上到下依次设置 有水分传感器(22)、盐分传感器(23)和温度传感器(24)，所述的有机玻璃箱(12)的上方设置有喷淋装置(4)和可调温红外灯(14)。

4.根据权利要求3所述的一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，所述的可调温红外灯(14)，位于加热加湿段的管道中，与单项调压变压器(27)相连。

5.根据权利要求3所述的一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，所述的喷淋装置(4)设置在加热加湿段中。

6.根据权利要求3所述的一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，所述的水分传感器(22)、盐分传感器(23)和温度传感器(24)与数据采集装置连接，所述的数据采集装置与微机(28)连接。

7.根据权利要求1所述的一种土壤多孔介质热质传递实验装置，其特征在于，所述的加热器(16)与三相变压调压器(27)连接。