TẠI SAO BIẾT TÍNH DẪN NHIỆT CỦA ĐẤT LÀ QUAN TRỌNG?
Hệ số dẫn nhiệt của đất là rất quan trọng với các ứng dụng nhạy cảm về môi trường như nông nghiệp và xây dựng. Theo quy luật chung, hệ số dẫn nhiệt của đất tăng lên khi độ ẩm của đất tăng lên. Trong ngành xây dựng, cáp ngầm và đường ống ngầm có thể bị đe dọa. Khi các công ty xây dựng hệ thống ngầm, họ phải chú ý đến độ ẩm và hệ số dẫn nhiệt của đất ở xung quanh. Nếu hệ số dẫn nhiệt của đất là thấp thì cáp và đường ống có thể bị nóng và có thể gây cháy, nổ. Khi xử lý các đường ống dẫn nước nóng ngầm cần có 1 lớp đất có hệ số dẫn nhiệt thấp để giảm thất thoát nhiệt từ các đường ống xuống đất. Do đó, việc thử nghiệm hệ số dẫn nhiệt chính xác & lựa chọn vật liệu san lấp phù hợp là chìa khóa cho việc sử dụng lâu dài các hệ thống ngầm.
LÀM THẾ NÀO ĐỂ ĐO HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA ĐẤT?
Máy đo hệ số dẫn nhiệt di động TLS-100 được chế tạo nhằm mục đích cung cấp một thiết bị đo dẫn nhiệt thuận tiện, dễ sử dụng để đo các tính chất nhiệt của đất và các vật liệu tự nhiên khác trong lĩnh vực này.
TLS-100 có khả năng kiểm tra đất và các vật liệu mềm khác với độ chính xác tuyệt vời 5% và độ lặp lại 2%, theo tiêu chuẩn ASTM D5334 – Standard Test Method for Determination of Thermal Conductivity Thermal Resistivity of Soil and Soft Rock by Thermal Needle Probe Proceduret. TLS-100 cũng được thiết kế để tính cho sự sai lệch đẳng nhiệt trong một mẫu trước khi đo. Nhiệt độ của mẫu được theo dõi trước mỗi thử nghiệm và sai lệch nhiệt độ được ghi lại như một phần của phép đo, để cho phép bù sai lệch nếu cần.
Biến đổi tính chất vật lý có thể có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số dẫn nhiệt của đất. Theo nguyên tắc chung, hệ số dẫn nhiệt tỷ lệ thuận với độ ẩm. Vì vậy, độ ẩm của đất càng cao thì hệ số dẫn nhiệt càng cao và ngược lại. Đối với thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu tại Thermtest đã bắt đầu nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt – độ ẩm của đất.
ĐO HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA ĐẤT TẠI CÁC MỨC ĐỘ ẨM KHÁC NHAU NHƯ THẾ NÀO?
Hai mẫu đất ở hai mức độ ẩm khác biệt nhau (0% và 100%) được đánh giá về tính dẫn nhiệt. Để bắt đầu, một mẫu đất được thu thập từ bên ngoài phòng thí nghiệm Thermtest và để khô tự nhiên trong ba tuần trong điều kiện môi trường xung quanh. Để mô phỏng thành công mật độ đất New Brunswick (Tarnawski và cộng sự (2015)), mẫu đất được đầm nén trong khuôn mẫu thành hai lớp riêng biệt. Với mẫu đất độ ẩm 0%, đầu dò của TLS-100 được cắm cẩn thận vào giữa mẫu khô. Trước khi thực hiện phép đo, thiết lập đầu dò/ mẫu thử được cân bằng nhiệt trong vòng 10 phút.
Đối với mẫu đất độ ẩm 100%, quy trình được thực hiện như ở trên, nhưng đất được đưa vào 1 khuôn không đáy và được dán bằng vải mỏng. Khuôn mẫu này sau đó được đặt vào một đĩa lớn chứa nước và để trong 12 giờ để đạt độ ẩm 100%. Trước khi cắm đầu dò, mẫu được đặt ra một đĩa khô lớn hơn. Kim đo sau đó được cắm vào giữa mẫu và thời gian cân bằng nhiệt 10 phút được thực hiện trước khi thử nghiệm.
ĐO HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA ĐẤT NHƯ THẾ NÀO?
Phương pháp thử nghiệm mang tính nhất thời (thời gian thử nghiệm < 2 phút), một tính năng quan trọng khi thử nghiệm vật liệu có độ ẩm cao. Trong quá trình thử nghiệm, đầu dò TLS-100 cắm vào mẫu sẽ tạo ra nhiệt trong khoảng thời gian đã đặt. Trong quá trình này, các giá trị nhiệt độ được ghi lại đều đặn. Khi quá trình làm mát diễn ra, các giá trị nhiệt độ được ghi lại theo chu kỳ tương tự một lần nữa. Hệ số dẫn nhiệt được tính toán dựa trên các giá trị nhiệt độ theo công thức:
KẾT QUẢ HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA ĐẤT
Bảng kết quả của thuộc tính nhiệt của hai mẫu đất: độ ẩm 0% và độ ẩm 100% tại nhiệt độ phòng
Các kết quả chỉ ra xu hướng hệ số dẫn nhiệt/độ ẩm đất như đã đề cập. Chỉ số hệ số dẫn nhiệt thấp (0,336 W / m · K) đã đạt được với độ ẩm 0%, trong khi mẫu đất ở độ bão hòa 100%, hiển thị hệ số dẫn nhiệt cao hơn (1,59 W / m · K). Đây là những kết quả tốt trong phạm vi thực hiện của TLS-100. Các kết quả hệ số dẫn nhiệt thay đổi một chút so với kết quả thu được bởi Tarnawski, et al. (2015), nhưng duy trì một xu hướng tương tự. Mẫu đất được sử dụng trong nghiên cứu được thực hiện bởi Tarnawski, et al. (2015) được thu thập từ một khu vực khác của New Brunswick, do đó có thể dẫn đến sự thay đổi trong chỉ số dẫn nhiệt mà các nhà khoa học Thermtest nhận được.
Bằng cách kiểm tra độ dẫn nhiệt của đất ở mức bão hòa 0% và 100%, với Máy đo hệ số dẫn nhiệt cầm tay TLS-100, đã chứng minh rằng độ dẫn nhiệt của đất phụ thuộc rất nhiều vào tính chất vật lý, chẳng hạn như hàm lượng nước. Thử nghiệm độ dẫn nhiệt hơn nữa bằng Máy đo điện trở nhiệt cầm tay TLS-100 có thể được thực hiện trên đất, xem xét các tính chất vật lý khác như độ xốp, hàm lượng hữu cơ và nhiệt độ.
Chân thành cảm ơn Thermtest đã cho phép S.L.S Technology đăng bài viết về thử nghiệm lên Website!
Link nghiên cứu gốc trên website của hãng: https://thermtest.com/applications/soil-thermal-conductivity-tls