土壤的導熱系數研究,對于地源熱泵、土木工程熱工計算、軌道交通設計、野外地質勘探、地震預測、水土資源保護等都具有重要的意義。土壤屬于多孔吸濕介質,因此對于土壤的物性研究中zui重要的因素之一,是需要保證其成分在研發過程中不會改變。土壤的含水量對于其導熱系數具有重要的影響。如下圖*示:
*:Bristow, K.L., 1998. Measurement of thermal properties and water content of unsaturated sandy soil using dual-probe heat-pulse probes. Agric. Forest. Meteorol. 89, 75–84
因此,對于土壤導熱系數的實驗研究,無論是現場測量還是取樣到實驗室測量或在實驗室制備目標樣品,必須首先保證不能破壞其含水量,才能盡可能的獲得接近與真實使用環境下的土壤的導熱性能。
利用TC3000法導熱系數儀,測量了不同組分的土壤的導熱系數,基于瞬態法的TC3000在測量土壤中具有明顯的優勢,其幾秒鐘內獲得數據,不會破壞試驗樣品的含水量。從測試結果可以看到,純土的導熱系數zui大,添加了淀粉的土塊,其導熱系數會降低,且隨著添加量的增加,降幅增大。分析認為,淀粉更干燥,含水率降低,所以相比于純土其導熱系數變小。
表1. 土壤的導熱系數實驗數據