本實(shí)用新型涉及低溫環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱模擬低溫環(huán)境時(shí)，在制冷方式上采用熱氣旁通技術(shù)，在模擬土體的凍結(jié)過程時(shí)，不能保證試驗(yàn)箱內(nèi)部的溫度達(dá)到均衡，影響模擬準(zhǔn)確性；試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)過程中表面易風(fēng)化，與自然狀態(tài)下介質(zhì)所處的外界環(huán)境有很大差異，尤其是在大比尺模擬時(shí)，造成的試驗(yàn)誤差會(huì)更加顯著。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，存在試驗(yàn)箱內(nèi)部溫度不均衡，影響模擬準(zhǔn)確性，以及試驗(yàn)樣品表層易風(fēng)化，造成試驗(yàn)誤差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，存在試驗(yàn)箱內(nèi)部溫度不均衡，影響模擬準(zhǔn)確性，以及試驗(yàn)樣品表層易風(fēng)化，造成試驗(yàn)誤差的問題。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，包括：試驗(yàn)箱體、頂部溫控裝置、底部溫控裝置和控制終端；

所述試驗(yàn)箱體內(nèi)部設(shè)置有試樣池和反力梁；

所述試樣池設(shè)置在所述試驗(yàn)箱體的底部，并且所述試樣池的底板為所述試驗(yàn)箱體的底板；

所述反力梁為“U”型結(jié)構(gòu)，包括橫梁和兩豎桿，所述橫梁的兩端部分別與所述兩豎桿垂直連接；所述反力梁的兩端部分別垂直設(shè)置在所述試樣池的兩相對(duì)側(cè)面的頂邊上；

所述頂部溫控裝置包括壓縮機(jī)、冷凝裝置、加熱裝置和風(fēng)扇；所述壓縮機(jī)位于所述試驗(yàn)箱體外部；所述冷凝裝置和所述加熱裝置均設(shè)置在所述試驗(yàn)箱體的內(nèi)部頂板上，且所述冷凝裝置位于所述加熱裝置上部；所述風(fēng)扇設(shè)置在所述試驗(yàn)箱體的內(nèi)部側(cè)壁上，且所述風(fēng)扇與所述冷凝裝置位于同一高度；

所述底部溫控裝置包括支架、加熱管路和油溫加熱循環(huán)裝置；所述支架設(shè)置在所述試樣池底部；所述加熱管路穿設(shè)在所述支架上，所述加熱管路內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱油；所述油溫加熱循環(huán)裝置設(shè)置在所述試驗(yàn)箱體外部，所述油溫加熱循環(huán)裝置分別與所述加熱管路的兩端口連接；

所述壓縮機(jī)、所述冷凝裝置、所述加熱裝置、所述風(fēng)扇和所述油溫加熱循環(huán)裝置均與所述控制終端電連接。

較佳地，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，還包括：補(bǔ)水裝置，所述補(bǔ)水裝置包括設(shè)置在所述試樣池底部的進(jìn)水口和出水口，以及水位控制裝置；

所述水位控制裝置設(shè)置在所述試驗(yàn)箱體外部，所述水位控制裝置包括儲(chǔ)水箱、液位傳感器和水位控制器，所述儲(chǔ)水箱通過所述進(jìn)水口與所述試樣池連通，所述液位傳感器位于所述箱體外部的進(jìn)水管路上，所述水位控制器位于所述儲(chǔ)水箱外部；所述液位傳感器與所述水位控制器電連接；所述水位控制器與電源電連接。

較佳地，所述支架上設(shè)置有透水板，所述透水板上設(shè)置有透水孔。

較佳地，所述試驗(yàn)箱體的頂板上開設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；所述試驗(yàn)箱體的內(nèi)部頂板上設(shè)置有與所述進(jìn)風(fēng)口連通的進(jìn)風(fēng)管路，所述試驗(yàn)箱體的內(nèi)部頂板上設(shè)置有與所述出風(fēng)口連通的出風(fēng)管路。

較佳地，所述試驗(yàn)箱體的側(cè)板上開設(shè)有箱體門和觀察窗。

較佳地，所述試驗(yàn)箱體的外頂壁和外側(cè)壁上均設(shè)置有保溫板，所述試樣池的外側(cè)壁上均設(shè)置有保溫板。

較佳地，所述冷凝裝置采用頂排風(fēng)翅管式冷凝器。

較佳地，所述加熱裝置采用加熱棒。

較佳地，所述控制終端采用帶有觸摸顯示屏的GGD配電柜。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，該試驗(yàn)箱通過頂部溫控裝置和底部溫控裝置的配合，尤其是在風(fēng)扇的擾動(dòng)下，使試驗(yàn)箱內(nèi)冷熱溫差達(dá)到均衡的同時(shí)穩(wěn)態(tài)向下傳遞，減少對(duì)原有試驗(yàn)樣品的不利干擾，增加室內(nèi)模擬的準(zhǔn)確性；并且解決了在模擬凍結(jié)融化過程中試驗(yàn)樣品表層易風(fēng)化，造成試驗(yàn)誤差的問題，提高了試驗(yàn)過程中相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加真實(shí)，能從本質(zhì)上揭示試驗(yàn)樣品的相關(guān)參數(shù)在凍融過程中的變化，為寒區(qū)工程提供可信的硬件設(shè)備，對(duì)于有恒溫要求的大體積貯藏，可以在設(shè)置精度內(nèi)維持內(nèi)部溫度達(dá)到恒定和均一。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱底部溫控裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的透水板結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

100-箱體，101-試樣池，102-反力梁，201-支架，202-加熱管路，203-油溫加熱循環(huán)裝置，300-透水板，300-1-透水孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱底部溫控裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的透水板結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1、圖2和圖3所示，該試驗(yàn)箱包括：試驗(yàn)箱體100、頂部溫控裝置、底部溫控裝置和控制終端。

具體地，試驗(yàn)箱體100內(nèi)部設(shè)置有試樣池101和反力梁102。

需要說明的是，試驗(yàn)箱體100、試樣池101和反力梁102之間均采用焊接連接，保證試驗(yàn)箱整體的穩(wěn)定性和剛度。

需要說明的是，試驗(yàn)箱體100和試樣池101均由4mm鋼板與方形鋼管所圍成的底部支撐焊接為一體，方形鋼管內(nèi)部均勻充填發(fā)泡劑達(dá)到保溫隔熱效果，在底板上等間距布設(shè)若干槽鋼，每?jī)筛垆搶?duì)立放置，與槽鋼長(zhǎng)度方向垂直焊接等肢角鋼，構(gòu)成底部支撐，承受上部傳來的載荷和支撐透水板300，試驗(yàn)過程中，試樣在自身的毛管作用下可通過透水板300實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水，以此模擬有地下水補(bǔ)給的凍融模型；槽鋼和方形鋼管焊接成試驗(yàn)箱體100的基本框架，基本框架內(nèi)部用4mm厚度的不銹鋼側(cè)壁面板圍擋，基本框架上焊接三根反力梁102，可滿足不同的加載要求，與水接觸的各個(gè)部位采用防銹蝕處理。

需要說明的是，試樣池101設(shè)置在試驗(yàn)箱體100的底板上，并且試樣池101的底板為試驗(yàn)箱體100的底板。

需要說明的是，反力梁102為“U”型結(jié)構(gòu)，包括橫梁和兩豎桿，橫梁的兩端部分別與兩豎桿垂直連接；反力梁102的兩端部分別垂直設(shè)置在試樣池101的兩相對(duì)側(cè)面的頂邊上。

需要說明的是，為滿足不同試驗(yàn)的加載要求，以反力梁作為對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪┘雍奢d時(shí)反力的支撐點(diǎn)，將試驗(yàn)要求的荷載由液壓千斤頂和反力梁102通過加載板傳至試件，試驗(yàn)過程中，可以依照試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)箱內(nèi)的不同位置施加不同荷載。試件就是試驗(yàn)試樣，給試樣施加力的時(shí)候，需要通過在試樣頂部放置一個(gè)平板，千斤頂給反力梁施加力，通過力的相互作用傳到試件上，這樣可以控制施加力的大小。

較佳地，試驗(yàn)箱體100的頂板上開設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；試驗(yàn)箱體100的內(nèi)部頂板上設(shè)置有與進(jìn)風(fēng)口連通的進(jìn)風(fēng)管路，試驗(yàn)箱體100的內(nèi)部頂板上設(shè)置有與出風(fēng)口連通的出風(fēng)管路。

需要說明的是，進(jìn)風(fēng)管路和出風(fēng)管路構(gòu)成新風(fēng)換氣系統(tǒng)，新風(fēng)換氣系統(tǒng)除具有更新箱體內(nèi)部空氣功能外，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，蝶閥的開啟還有助于試驗(yàn)室內(nèi)部溫度升高，因此兼有加熱補(bǔ)償作用，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口安置的電動(dòng)蝶閥，通過GGD配電柜控制開啟和關(guān)閉。

較佳地，試驗(yàn)箱體100的側(cè)板上開設(shè)有箱體門和觀察窗。

需要說明的是，試驗(yàn)箱的門作為進(jìn)出口的通道，最容易對(duì)試驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生干擾及引起能源浪費(fèi)，所以選擇一種密封性好，抗低溫和保溫效果良好的門將是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為了起到良好的保溫隔熱性能，室門采用與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相同的兩側(cè)包有鐵皮的聚氨酯保溫板，門內(nèi)側(cè)與試驗(yàn)室外壁接觸處設(shè)置橡膠圈，以減少室內(nèi)外熱量的交換。

需要說明的是，觀察窗安置在門對(duì)面距離地面1.5m的位置，方便觀察試驗(yàn)室內(nèi)部環(huán)境，觀察窗采用雙層真空玻璃，外層玻璃采用電熱膜玻璃，以避免冷凝和霜凍的形成。

較佳地，試驗(yàn)箱體100的外頂壁和外側(cè)壁上均設(shè)置有保溫板，試樣池101的外側(cè)壁上均設(shè)置有保溫板。

需要說明的是，保溫板主要采用150mm厚聚氨硬質(zhì)泡沫塑料，并在外側(cè)包裹0.5mm厚度的不銹鋼，聚氨酯泡沫具有良好的性能，尤其其密度小、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐水、耐熱，是一種優(yōu)質(zhì)的絕熱、保溫、保冷材料，箱體相鄰的聚酯板采用內(nèi)置的螺絲拼接，并在中間的空隙處充填發(fā)泡劑，箱體保溫頂板橫臥在反力梁上且與側(cè)面保溫板通過預(yù)制的凹槽互相咬合。

較佳地，支架201上設(shè)置有透水板300，透水板300上設(shè)置有透水孔300-1。

需要說明的是，支架201是由鋼管構(gòu)成的承物骨架，支架201與試驗(yàn)箱體100底板之間有一層空隙，補(bǔ)水裝置中的水流入這個(gè)空間，用于補(bǔ)水處理。

具體地，頂部溫控裝置包括壓縮機(jī)、冷凝裝置、加熱裝置和風(fēng)扇；壓縮機(jī)位于試驗(yàn)箱體100外部；冷凝裝置和加熱裝置均設(shè)置在試驗(yàn)箱體100的內(nèi)部頂板上，且冷凝裝置位于加熱裝置上部；風(fēng)扇設(shè)置在試驗(yàn)箱體100的內(nèi)部側(cè)壁上，且風(fēng)扇與冷凝裝置位于同一高度。

較佳地，冷凝裝置采用頂排風(fēng)翅管式冷凝器。

較佳地，加熱裝置采用加熱棒。

需要說明的是，實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部在與風(fēng)翅管式冷凝器同高度安置四臺(tái)風(fēng)扇。風(fēng)扇可以使試驗(yàn)室上部的溫度充分混合后，均勻逐漸向下傳遞。增強(qiáng)箱體內(nèi)溫度的對(duì)流，使箱體內(nèi)整體溫度趨近均衡。

需要說明的是，頂部制冷采用頂排風(fēng)翅管式冷凝器，外部壓縮機(jī)的制冷量通過風(fēng)翅管式冷凝器配合風(fēng)扇向下傳遞，頂部加熱使用三組加熱棒，三組加熱棒可以根據(jù)不同試驗(yàn)需求單獨(dú)啟閉，在模擬介質(zhì)單向凍結(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)，箱體上部的冷凝器向下不斷輸送冷空氣，使介質(zhì)內(nèi)凍結(jié)鋒面不斷下移；在模擬介質(zhì)雙向融化試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)室頂部的加熱棒可加熱頂部空氣而向下傳送熱量，配合底板系統(tǒng)，使試樣實(shí)現(xiàn)雙向融化。

具體地，底部溫控裝置包括支架201、加熱管路202和油溫加熱循環(huán)裝置203；支架201設(shè)置在試樣池101底部；加熱管路202穿設(shè)在支架201上，加熱管路202內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱油；油溫加熱循環(huán)裝置203設(shè)置在試驗(yàn)箱體100外部，油溫加熱循環(huán)裝置203分別與加熱管路202的兩端口連接。

需要說明的是，在支架201的支撐鋼槽上打孔，加熱管路202穿過支架201上的孔穿設(shè)在加熱管路202上。

需要說明的是，油溫加熱循環(huán)裝置203包括油溫加熱器和循環(huán)泵，加熱管路里面的導(dǎo)熱油，通過油溫加熱器給油溫加熱，循環(huán)泵使加熱的油在管路里面循環(huán)，然后給水加溫。

具體地，補(bǔ)水裝置包括設(shè)置在試樣池101底部的進(jìn)水口和出水口，以及水位控制裝置；水位控制裝置設(shè)置在試驗(yàn)箱體100外部，水位控制裝置包括儲(chǔ)水箱、液位傳感器和水位控制器，儲(chǔ)水箱通過進(jìn)水口與試樣池101連通，液位傳感器位于箱體外部的進(jìn)水管路上，水位控制器位于儲(chǔ)水箱外部。

需要說明的是，水位控制裝置設(shè)置在試驗(yàn)箱體100外部，水位控制裝置包括儲(chǔ)水箱、液位傳感器和水位控制器，儲(chǔ)水箱與進(jìn)水口連接。

需要說明的是，補(bǔ)水管路采用直徑為25mm的不銹鋼管。

需要說明的是，儲(chǔ)水箱內(nèi)部進(jìn)口采用浮球閥，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償箱體內(nèi)水量，底板內(nèi)水位通過外部液位傳感器連接電磁閥，控制液位傳感器高度的上限和下限，配合電磁閥可以自動(dòng)補(bǔ)給底板水池內(nèi)的量，模擬不同地下水位的補(bǔ)給。

需要說明的是，補(bǔ)水管路布置在實(shí)驗(yàn)箱的透水頂板下面，水位控制裝置在實(shí)驗(yàn)室外側(cè)，溫控裝置是由實(shí)驗(yàn)箱外部的一個(gè)GGD配電柜控制。

需要說明的是，壓縮機(jī)、冷凝裝置、加熱裝置、風(fēng)扇、液位傳感器和油溫加熱循環(huán)裝置203均與控制終端電連接；液位傳感器與水位控制器電連接，水位控制器直接與電源連接。

需要說明的是，控制終端采用帶有觸摸顯示屏的GGD配電柜，可以在觸摸顯示屏上輸入試驗(yàn)過程要求的各項(xiàng)參數(shù)，數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)顯示均有智能控制終端完成，同時(shí)可以根據(jù)試驗(yàn)室外部壓縮機(jī)工作異常實(shí)時(shí)報(bào)警，低壓時(shí)自動(dòng)保護(hù)，在保證運(yùn)行安全的前提下，最大限度的延長(zhǎng)各個(gè)設(shè)備的壽命。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，其原理是，通過壓縮機(jī)循環(huán)的冷量由頂排風(fēng)翅管式冷凝裝置散發(fā)，在實(shí)驗(yàn)過程中，為了模擬自然狀態(tài)下介質(zhì)的溫度變化，在試驗(yàn)箱內(nèi)部安置兩組風(fēng)扇，由冷凝裝置散發(fā)的冷量和加熱裝置散發(fā)的熱量經(jīng)由風(fēng)的攪動(dòng)，向下穩(wěn)態(tài)傳遞至介質(zhì)表面，減少對(duì)試驗(yàn)樣品表面的影響。頂排風(fēng)翅管式冷凝裝置制冷與風(fēng)扇，加熱裝置的結(jié)合，確保試驗(yàn)過程中溫度由上而下穩(wěn)態(tài)傳遞。根據(jù)試驗(yàn)要求和精度，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的加熱制冷。

綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種凍融循環(huán)模擬試驗(yàn)箱，該試驗(yàn)箱通過頂部溫控裝置和底部溫控裝置的配合，尤其是在風(fēng)扇的擾動(dòng)下，使試驗(yàn)箱內(nèi)冷熱溫差達(dá)到均衡的同時(shí)穩(wěn)態(tài)向下傳遞，減少對(duì)原有試驗(yàn)樣品的不利干擾，增加室內(nèi)模擬的準(zhǔn)確性；并且解決了在模擬凍結(jié)融化過程中試驗(yàn)樣品表層易風(fēng)化，造成試驗(yàn)誤差的問題，提高了試驗(yàn)過程中相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加真實(shí)，能從本質(zhì)上揭示試驗(yàn)樣品的相關(guān)參數(shù)在凍融過程中的變化，為寒區(qū)工程提供可信的硬件設(shè)備，對(duì)于有恒溫要求的大體積貯藏，可以在設(shè)置精度內(nèi)維持內(nèi)部溫度達(dá)到恒定和均一。

以上公開的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型實(shí)施例并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。