一种冻融循环模拟试验箱的制作方法

本实用新型涉及低温环境模拟技术领域，特别涉及一种冻融循环模拟试验箱。

背景技术：

现有技术中，冻融循环模拟试验箱模拟低温环境时，在制冷方式上采用热气旁通技术，在模拟土体的冻结过程时，不能保证试验箱内部的温度达到均衡，影响模拟准确性；试验样品在试验过程中表面易风化，与自然状态下介质所处的外界环境有很大差异，尤其是在大比尺模拟时，造成的试验误差会更加显著。

综上所述，现有技术中的冻融循环模拟试验箱，存在试验箱内部温度不均衡，影响模拟准确性，以及试验样品表层易风化，造成试验误差的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种冻融循环模拟试验箱，可以解决现有技术中的冻融循环模拟试验箱，存在试验箱内部温度不均衡，影响模拟准确性，以及试验样品表层易风化，造成试验误差的问题。

本实用新型实施例提供一种冻融循环模拟试验箱，包括：试验箱体、顶部温控装置、底部温控装置和控制终端；

所述试验箱体内部设置有试样池和反力梁；

所述试样池设置在所述试验箱体的底部，并且所述试样池的底板为所述试验箱体的底板；

所述反力梁为“U”型结构，包括横梁和两竖杆，所述横梁的两端部分别与所述两竖杆垂直连接；所述反力梁的两端部分别垂直设置在所述试样池的两相对侧面的顶边上；

所述顶部温控装置包括压缩机、冷凝装置、加热装置和风扇；所述压缩机位于所述试验箱体外部；所述冷凝装置和所述加热装置均设置在所述试验箱体的内部顶板上，且所述冷凝装置位于所述加热装置上部；所述风扇设置在所述试验箱体的内部侧壁上，且所述风扇与所述冷凝装置位于同一高度；

所述底部温控装置包括支架、加热管路和油温加热循环装置；所述支架设置在所述试样池底部；所述加热管路穿设在所述支架上，所述加热管路内设置有导热油；所述油温加热循环装置设置在所述试验箱体外部，所述油温加热循环装置分别与所述加热管路的两端口连接；

所述压缩机、所述冷凝装置、所述加热装置、所述风扇和所述油温加热循环装置均与所述控制终端电连接。

较佳地，本实用新型实施例提供一种冻融循环模拟试验箱，还包括：补水装置，所述补水装置包括设置在所述试样池底部的进水口和出水口，以及水位控制装置；

所述水位控制装置设置在所述试验箱体外部，所述水位控制装置包括储水箱、液位传感器和水位控制器，所述储水箱通过所述进水口与所述试样池连通，所述液位传感器位于所述箱体外部的进水管路上，所述水位控制器位于所述储水箱外部；所述液位传感器与所述水位控制器电连接；所述水位控制器与电源电连接。

较佳地，所述支架上设置有透水板，所述透水板上设置有透水孔。

较佳地，所述试验箱体的顶板上开设有进风口和出风口；所述试验箱体的内部顶板上设置有与所述进风口连通的进风管路，所述试验箱体的内部顶板上设置有与所述出风口连通的出风管路。

较佳地，所述试验箱体的侧板上开设有箱体门和观察窗。

较佳地，所述试验箱体的外顶壁和外侧壁上均设置有保温板，所述试样池的外侧壁上均设置有保温板。

较佳地，所述冷凝装置采用顶排风翅管式冷凝器。

较佳地，所述加热装置采用加热棒。

较佳地，所述控制终端采用带有触摸显示屏的GGD配电柜。

本实用新型实施例中，提供一种冻融循环模拟试验箱，该试验箱通过顶部温控装置和底部温控装置的配合，尤其是在风扇的扰动下，使试验箱内冷热温差达到均衡的同时稳态向下传递，减少对原有试验样品的不利干扰，增加室内模拟的准确性；并且解决了在模拟冻结融化过程中试验样品表层易风化，造成试验误差的问题，提高了试验过程中相关参数的准确性，使试验数据更加真实，能从本质上揭示试验样品的相关参数在冻融过程中的变化，为寒区工程提供可信的硬件设备，对于有恒温要求的大体积贮藏，可以在设置精度内维持内部温度达到恒定和均一。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种冻融循环模拟试验箱结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的一种冻融循环模拟试验箱底部温控装置结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的透水板结构示意图。

附图标记说明：

100-箱体，101-试样池，102-反力梁，201-支架，202-加热管路，203-油温加热循环装置，300-透水板，300-1-透水孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种冻融循环模拟试验箱结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种冻融循环模拟试验箱底部温控装置结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的透水板结构示意图。如图1、图2和图3所示，该试验箱包括：试验箱体100、顶部温控装置、底部温控装置和控制终端。

具体地，试验箱体100内部设置有试样池101和反力梁102。

需要说明的是，试验箱体100、试样池101和反力梁102之间均采用焊接连接，保证试验箱整体的稳定性和刚度。

需要说明的是，试验箱体100和试样池101均由4mm钢板与方形钢管所围成的底部支撑焊接为一体，方形钢管内部均匀充填发泡剂达到保温隔热效果，在底板上等间距布设若干槽钢，每两根槽钢对立放置，与槽钢长度方向垂直焊接等肢角钢，构成底部支撑，承受上部传来的载荷和支撑透水板300，试验过程中，试样在自身的毛管作用下可通过透水板300实现自动补水，以此模拟有地下水补给的冻融模型；槽钢和方形钢管焊接成试验箱体100的基本框架，基本框架内部用4mm厚度的不锈钢侧壁面板围挡，基本框架上焊接三根反力梁102，可满足不同的加载要求，与水接触的各个部位采用防锈蚀处理。

需要说明的是，试样池101设置在试验箱体100的底板上，并且试样池101的底板为试验箱体100的底板。

需要说明的是，反力梁102为“U”型结构，包括横梁和两竖杆，横梁的两端部分别与两竖杆垂直连接；反力梁102的两端部分别垂直设置在试样池101的两相对侧面的顶边上。

需要说明的是，为满足不同试验的加载要求，以反力梁作为对试验模型施加荷载时反力的支撑点，将试验要求的荷载由液压千斤顶和反力梁102通过加载板传至试件，试验过程中，可以依照试验方法，在试验箱内的不同位置施加不同荷载。试件就是试验试样，给试样施加力的时候，需要通过在试样顶部放置一个平板，千斤顶给反力梁施加力，通过力的相互作用传到试件上，这样可以控制施加力的大小。

较佳地，试验箱体100的顶板上开设有进风口和出风口；试验箱体100的内部顶板上设置有与进风口连通的进风管路，试验箱体100的内部顶板上设置有与出风口连通的出风管路。

需要说明的是，进风管路和出风管路构成新风换气系统，新风换气系统除具有更新箱体内部空气功能外，当环境温度较高时，蝶阀的开启还有助于试验室内部温度升高，因此兼有加热补偿作用，进风口和出风口安置的电动蝶阀，通过GGD配电柜控制开启和关闭。

较佳地，试验箱体100的侧板上开设有箱体门和观察窗。

需要说明的是，试验箱的门作为进出口的通道，最容易对试验室内环境产生干扰及引起能源浪费，所以选择一种密封性好，抗低温和保温效果良好的门将是设计的关键。为了起到良好的保温隔热性能，室门采用与围护结构相同的两侧包有铁皮的聚氨酯保温板，门内侧与试验室外壁接触处设置橡胶圈，以减少室内外热量的交换。

需要说明的是，观察窗安置在门对面距离地面1.5m的位置，方便观察试验室内部环境，观察窗采用双层真空玻璃，外层玻璃采用电热膜玻璃，以避免冷凝和霜冻的形成。

较佳地，试验箱体100的外顶壁和外侧壁上均设置有保温板，试样池101的外侧壁上均设置有保温板。

需要说明的是，保温板主要采用150mm厚聚氨硬质泡沫塑料，并在外侧包裹0.5mm厚度的不锈钢，聚氨酯泡沫具有良好的性能，尤其其密度小、比强度高、导热系数低、耐水、耐热，是一种优质的绝热、保温、保冷材料，箱体相邻的聚酯板采用内置的螺丝拼接，并在中间的空隙处充填发泡剂，箱体保温顶板横卧在反力梁上且与侧面保温板通过预制的凹槽互相咬合。

较佳地，支架201上设置有透水板300，透水板300上设置有透水孔300-1。

需要说明的是，支架201是由钢管构成的承物骨架，支架201与试验箱体100底板之间有一层空隙，补水装置中的水流入这个空间，用于补水处理。

具体地，顶部温控装置包括压缩机、冷凝装置、加热装置和风扇；压缩机位于试验箱体100外部；冷凝装置和加热装置均设置在试验箱体100的内部顶板上，且冷凝装置位于加热装置上部；风扇设置在试验箱体100的内部侧壁上，且风扇与冷凝装置位于同一高度。

较佳地，冷凝装置采用顶排风翅管式冷凝器。

较佳地，加热装置采用加热棒。

需要说明的是，实验箱内部在与风翅管式冷凝器同高度安置四台风扇。风扇可以使试验室上部的温度充分混合后，均匀逐渐向下传递。增强箱体内温度的对流，使箱体内整体温度趋近均衡。

需要说明的是，顶部制冷采用顶排风翅管式冷凝器，外部压缩机的制冷量通过风翅管式冷凝器配合风扇向下传递，顶部加热使用三组加热棒，三组加热棒可以根据不同试验需求单独启闭，在模拟介质单向冻结实验时，箱体上部的冷凝器向下不断输送冷空气，使介质内冻结锋面不断下移；在模拟介质双向融化试验时，试验室顶部的加热棒可加热顶部空气而向下传送热量，配合底板系统，使试样实现双向融化。

具体地，底部温控装置包括支架201、加热管路202和油温加热循环装置203；支架201设置在试样池101底部；加热管路202穿设在支架201上，加热管路202内设置有导热油；油温加热循环装置203设置在试验箱体100外部，油温加热循环装置203分别与加热管路202的两端口连接。

需要说明的是，在支架201的支撑钢槽上打孔，加热管路202穿过支架201上的孔穿设在加热管路202上。

需要说明的是，油温加热循环装置203包括油温加热器和循环泵，加热管路里面的导热油，通过油温加热器给油温加热，循环泵使加热的油在管路里面循环，然后给水加温。

具体地，补水装置包括设置在试样池101底部的进水口和出水口，以及水位控制装置；水位控制装置设置在试验箱体100外部，水位控制装置包括储水箱、液位传感器和水位控制器，储水箱通过进水口与试样池101连通，液位传感器位于箱体外部的进水管路上，水位控制器位于储水箱外部。

需要说明的是，水位控制装置设置在试验箱体100外部，水位控制装置包括储水箱、液位传感器和水位控制器，储水箱与进水口连接。

需要说明的是，补水管路采用直径为25mm的不锈钢管。

需要说明的是，储水箱内部进口采用浮球阀，可实现自动补偿箱体内水量，底板内水位通过外部液位传感器连接电磁阀，控制液位传感器高度的上限和下限，配合电磁阀可以自动补给底板水池内的量，模拟不同地下水位的补给。

需要说明的是，补水管路布置在实验箱的透水顶板下面，水位控制装置在实验室外侧，温控装置是由实验箱外部的一个GGD配电柜控制。

需要说明的是，压缩机、冷凝装置、加热装置、风扇、液位传感器和油温加热循环装置203均与控制终端电连接；液位传感器与水位控制器电连接，水位控制器直接与电源连接。

需要说明的是，控制终端采用带有触摸显示屏的GGD配电柜，可以在触摸显示屏上输入试验过程要求的各项参数，数据的采集、实时显示均有智能控制终端完成，同时可以根据试验室外部压缩机工作异常实时报警，低压时自动保护，在保证运行安全的前提下，最大限度的延长各个设备的寿命。

本实用新型实施例提供的一种冻融循环模拟试验箱，其原理是，通过压缩机循环的冷量由顶排风翅管式冷凝装置散发，在实验过程中，为了模拟自然状态下介质的温度变化，在试验箱内部安置两组风扇，由冷凝装置散发的冷量和加热装置散发的热量经由风的搅动，向下稳态传递至介质表面，减少对试验样品表面的影响。顶排风翅管式冷凝装置制冷与风扇，加热装置的结合，确保试验过程中温度由上而下稳态传递。根据试验要求和精度，自动实现内部的加热制冷。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种冻融循环模拟试验箱，该试验箱通过顶部温控装置和底部温控装置的配合，尤其是在风扇的扰动下，使试验箱内冷热温差达到均衡的同时稳态向下传递，减少对原有试验样品的不利干扰，增加室内模拟的准确性；并且解决了在模拟冻结融化过程中试验样品表层易风化，造成试验误差的问题，提高了试验过程中相关参数的准确性，使试验数据更加真实，能从本质上揭示试验样品的相关参数在冻融过程中的变化，为寒区工程提供可信的硬件设备，对于有恒温要求的大体积贮藏，可以在设置精度内维持内部温度达到恒定和均一。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。