裂隙岩体渗流传热装置及系统

摘要

本申请涉及一种裂隙岩体渗流传热装置及系统，该裂隙岩体渗流传热装置包括支撑机构、第一封水机构、第二封水机构、进水机构、出水机构和加热机构，第一封水机构包括沿第一方向相对设置顶板和活动板以及驱动活动板沿第一方向移动的第一驱动组件，第二封水机构包括两个沿第二方向相对设置的压板以及驱动两个压板相向或相离运动的第二驱动组件，进水机构包括第一密封挡板设置于第一密封挡板上的进水槽以及与进水槽连通的进水管；出水机构包括第二密封挡板、设置于第一密封挡板上的出水槽以及与出水槽连通的出水管。该实验装置提高封水效果，有效避免实验过程中漏水的问题，从而得到准确的进出口水温和流量数据，提高实验精度。

权利要求

1.一种裂隙岩体渗流传热装置，其特征在于，包括：支撑机构，具有用于放置裂隙岩石样品的放置槽；

第一封水机构，所述第一封水机构包括沿第一方向相对设置的顶板和活动板以及驱动所述活动板沿所述第一方向移动的第一驱动组件，所述顶板和所述活动板分别位于所述裂隙岩石样品沿所述第一方向的两侧，所述活动板远离所述裂隙岩石样品的一侧设置有第一斜面；所述第一驱动组件包括设置于所述支撑机构上的支撑架、与所述支撑架螺纹连接第一驱动件以及与所述第一驱动件的端部可转动连接的推板，且所述推板朝向所述活动板的一侧设置有与所述第一斜面配合的第二斜面，以使所述活动板沿所述第一方向移动；

第二封水机构，所述第二封水机构包括两个沿第二方向相对设置的压板以及驱动两个所述压板相向或相离运动的第二驱动组件，所述两个压板分别位于所述裂隙岩石样品沿所述第二方向的两侧，所述两个压板的远离所述裂隙岩石样品一侧分别设置有第三斜面；所述第二驱动组件包括沿所述第二方向相对设置于所述放置槽内的两个固定斜板以及分别与所述支撑机构螺纹连接的两个第二驱动件，两个固定斜板朝向所述裂隙岩石样品的一侧分别设置有与所述第三斜面配合的第四斜面，所述两个第二驱动件的端部分别与两个所述压板活动连接；

进水机构，设置于所述活动板的朝向所述裂隙岩石样品的一侧，且所述进水机构包括第一密封挡板、设置于所述第一密封挡板上的进水槽以及与所述进水槽连通的进水管；

出水机构，设置于所述顶板的朝向所述裂隙岩石样品的一侧，且所述出水机构包括第二密封挡板、设置于所述第一密封挡板上的出水槽以及与所述出水槽连通的出水管；以及加热机构，所述加热机构包括两个沿第三方向相对设置的热源，所述两个热源分别位于所述裂隙岩石样品沿所述第三方向的两侧；

所述第一密封挡板包括与所述第二密封挡板相对设置的第一板体以及两个分别与所述第一板体的两端连接的第二板体，其中一个所述第二板体位于其中一个所述压板和所述裂隙岩石样品之间，另外一个所述第二板体位于另外一个所述压板和所述裂隙岩石样品之间；

其中，所述第一方向与所述第二方向相交设置，所述第二方向与所述第三方向相交设置，所述第一方向与所述第三方向相交设置。

2.根据权利要求1所述的裂隙岩体渗流传热装置，其特征在于，所述第一密封挡板和所述第二密封挡板均采用隔热材料。

3.根据权利要求1所述的裂隙岩体渗流传热装置，其特征在于，所述固定斜板的所述第四斜面上设置有第一滑槽，所述压板通过第一滑槽与所述固定斜板滑动配合。

4.根据权利要求1所述的裂隙岩体渗流传热装置，其特征在于，所述压板的所述第三斜面上设置有第二滑槽，所述固定斜板通过所述第二滑槽与所述压板滑动配合。

5.根据权利要求1所述的裂隙岩体渗流传热装置，其特征在于，所述加热机构还包括设置于所述热源的朝向所述裂隙岩石样品一侧的导热层，所述导热层抵接于所述裂隙岩石样品的表面。

6.根据权利要求1所述的裂隙岩体渗流传热装置，其特征在于，所述裂隙岩石样品采用长方体或者正方体结构，且所述裂隙岩石样品上设置有与所述第三方向垂直的裂缝面。

7.一种裂隙岩体渗流传热系统，其特征在于，包括：权利要求1‑6中任一项所述裂隙岩体渗流传热装置；

压力加载系统，所述压力加载系统包括支架、滑动设置于所述支架上用于支撑所述裂隙岩体渗流传热装置的支撑台、驱动所述支撑台沿所述第三方向移动的驱动机构以及设置于所述支架上与所述支撑台相对设置的刚性臂；

数据采集系统，所述数据采集系统包括用于采集所述裂隙岩石样品温度的温度传感器以及与所述温度传感器通信连接的计算机；

水压控制系统，所述水压控制系统包括与所述进水管连通的注水装置以及与所述出水管连通的液体回收装置；以及

温度控制系统，用于控制所述热源的加热温度。

8.根据权利要求7所述的裂隙岩体渗流传热系统，其特征在于，所述加热机构还包括设置于所述热源的朝向所述裂隙岩石样品一侧的导热层，所述导热层抵接于所述裂隙岩石样品的表面；

所述数据采集系统的所述温度传感器设置有多个，多个所述温度传感器呈矩阵结构设置于导热层上。

说明书

裂隙岩体渗流传热装置及系统

技术领域

[0001] 本申请涉及渗流传热实验技术领域，尤其涉及一种裂隙岩体渗流传热装置及系统。

背景技术

[0002] 在“碳中和，碳达峰”的时代背景下，深层地热能作为一种可再生的清洁能源，因其高热值，储量丰富，分布范围广泛，开采潜力巨大而被视为煤炭的主要替代能源之一。干热
岩的开采需要在热储层中建立人工裂隙带，然后将冷水注入裂隙带，通过流动实现流体与
高温岩体的热量交换，并通过生产井将热量带到地面，最后将热能转换为电能。因此，开展
裂隙岩体内水与岩石基质的对流传热过程研究对实现干热岩高效开采具有重要意义。

[0003] 由于工程岩体所处的原位环境条件十分复杂，想要在工程尺度上揭示裂隙岩体水热运移规律是十分困难的。因此，裂隙岩体水热运移室内实验研究对于揭示岩体裂隙渗流
及传热规律，掌握流固耦合作用下裂隙岩体水热运移机理，了解高温高压作用下裂隙岩体
渗流传热影响因素具有不可替代的作用。在此基础上，国内外学者已经研发了大量裂隙岩
体水热运移实验装置。为了还原深部岩体裂隙内的水热运移情况，实验时需要提供高压、高
温、高水压的实验条件，现有实验装置大都是通过对三轴试验机压力室进行改造实现的，采
用的岩石样品大多为圆柱形。这种情况下，为了给样品提供均匀恒定的温度和轴压，整个实
验过程中岩样需要整体处于全封闭的状态。现有的实验装置存在以下问题：封水性差，实验
过程中普遍存在漏水问题，导致进出口水温度、流量测量不够准确，影响实验精度。

发明内容

[0004] 本申请的目的在于提供一种裂隙岩体渗流传热装置及系统，该裂隙岩体渗流传热装置以及系统提高封水效果，有效避免实验过程中漏水的问题，从而得到准确的进出口水
温和流量数据，提高实验精度。

[0005] 为此，第一方面，本申请实施例提供了一种裂隙岩体渗流传热装置，包括：支撑机构，具有用于放置裂隙岩石样品的放置槽；第一封水机构，所述第一封水机构包括沿第一方
向相对设置的顶板和活动板以及驱动所述活动板沿所述第一方向移动的第一驱动组件，所
述顶板和所述活动板分别位于所述裂隙岩石样品沿所述第一方向的两侧；第二封水机构，
所述第二封水机构包括两个沿第二方向相对设置的压板以及驱动两个所述压板相向或相
离运动的第二驱动组件，所述两个压板分别位于所述裂隙岩石样品沿所述第二方向的两
侧；进水机构，设置于所述活动板的朝向所述裂隙岩石样品的一侧，且所述进水机构包括第
一密封挡板设置于所述第一密封挡板上的进水槽以及与所述进水槽连通的进水管；出水机
构，设置于所述顶板的朝向所述裂隙岩石样品的一侧，且所述出水机构包括第二密封挡板、
设置于所述第一密封挡板上的出水槽以及与所述出水槽连通的出水管；加热机构，所述加
热机构包括两个沿第三方向相对设置的热源，所述两个热源分别位于所述裂隙岩石样品沿
所述第三方向的两侧；所述第一方向与所述第二方向相交设置，所述第二方向与所述第三
方向相交设置，所述第一方向与所述第三方向相交设置。

[0006] 在一种可能的实现方式中，所述第一密封挡板包括与所述第二密封挡板相对设置的第一板体以及两个分别与所述第一板体的两端连接的第二板体，其中一个所述第二板体
位于其中一个所述压板和所述裂隙岩石样品之间，另外一个所述第二板体位于另外一个所
述压板和所述裂隙岩石样品之间。

[0007] 在一种可能的实现方式中，所述第一密封挡板和所述第二密封挡板均采用隔热材料。

[0008] 在一种可能的实现方式中，所述活动板远离所述裂隙岩石样品的一侧设置有第一斜面；所述第一驱动组件包括：支撑架，设置于所述支撑机构上；第一驱动件，与所述支撑架
螺纹连接；推板，与所述第一驱动件的端部可转动连接，且所述推板朝向所述活动板的一侧
设置有与所述第一斜面配合的第二斜面，以使所述活动板沿所述第一方向移动。

[0009] 在一种可能的实现方式中，所述两个压板的远离所述裂隙岩石样品一侧分别设置有第三斜面；所述第二驱动组件包括：两个固定斜板，沿所述第二方向相对设置于所述放置
槽内，且两个固定斜板朝向所述裂隙岩石样品的一侧分别设置有与所述第三斜面配合的第
四斜面；以及两个第二驱动件，分别与所述支撑机构螺纹连接，且所述两个第二驱动件的端
部分别与两个所述压板活动连接。

[0010] 在一种可能的实现方式中，所述固定斜板的所述第四斜面上设置有第一滑槽，所述压板通过第一滑槽与所述固定斜板滑动配合。

[0011] 在一种可能的实现方式中，所述压板的所述第三斜面上设置有第二滑槽，所述固定斜板通过所述第二滑槽与所述压板滑动配合。

[0012] 在一种可能的实现方式中，所述加热机构还包括设置于所述热源的朝向所述裂隙岩石样品一侧的导热层，所述导热层抵接于所述裂隙岩石样品的表面。

[0013] 在一种可能的实现方式中，所述裂隙岩石样品采用长方体或者正方体结构，且所述裂隙岩石样品上设置有与所述第三方向垂直的裂缝面。

[0014] 第二方面，本申请实施例提供了一种裂隙岩体渗流传热系统，包括：

[0015] 如前所述裂隙岩体渗流传热装置；压力加载系统，所述压力加载系统包括支架、滑动设置于所述支架上用于支撑所述裂隙岩体渗流传热装置的支撑台、驱动所述支撑台沿所
述第三方向移动的驱动机构以及设置于所述支架上与所述支撑台相对设置的刚性臂；数据
采集系统，所述数据采集系统包括用于采集所述裂隙岩石样品温度的温度传感器以及与所
述温度传感器通信连接的计算机；水压控制系统，所述水压控制系统包括与所述进水管连
通的注水装置以及与所述出水管连通的液体回收装置；温度控制系统，用于控制所述热源
的加热温度。

[0016] 在一种可能的实现方式中，所述加热机构还包括设置于所述热源的朝向所述裂隙岩石样品一侧的导热层，所述导热层抵接于所述裂隙岩石样品的表面；所述数据采集系统
的所述温度传感器设置有多个，多个所述温度传感器呈矩阵结构设置于导热层上。

[0017] 根据本申请实施例提供的裂隙岩体渗流传热装置，通过第一驱动组件使得顶板和活动板对裂隙岩石样品第一方向的两侧进行密封，通过第二驱动组件使得两个压板对裂隙
岩石样品沿第二方向的两侧进行压紧，通过加热机构的热源分别对裂隙岩石样品沿第三方
向的两侧进行加热，进水机构用于向裂隙岩石样品注水，换热后的水通过出水机构流出，提
高封水效果，有效避免实验过程中漏水的问题，通从而得到准确的进出口水温和流量数据，
提高实验精度。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申
请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并
未按照实际的比例绘制。

[0019] 图1示出本申请实施例提供的一种裂隙岩体渗流传热装置的立体结构示意图；

[0020] 图2示出本申请实施例提供的一种裂隙岩体渗流传热装置的俯视结构示意图；

[0021] 图3示出图2所示的实验装置沿方向A‑A的剖视图；

[0022] 图4示出图2所示的实验装置沿方向B‑B的剖面图；

[0023] 图5示出本申请实施例提供的进水机构的立体结构示意图；

[0024] 图6示出本申请实施例提供的出水机构的立体结构示意图；

[0025] 图7示出本申请实施例提供的支撑机构的立体结构示意图；

[0026] 图8示出本申请实施例提供的固定斜板的立体结构示意图；

[0027] 图9示出本申请实施例提供的推板的立体结构示意图；

[0028] 图10示出本申请实施例提供的活动板的立体结构示意图；

[0029] 图11示出本申请实施例提供的一种裂隙岩体渗流传热系统的结构示意图；

[0030] 图12示出本申请实施例提供的裂隙岩石样品、温度传感器和导热层的结构示意图。

[0031] 附图标记说明：

[0032] X、第一方向；Y、第二方向；Z、第三方向；a、裂隙岩石样品；a1、裂缝面；

[0033] 1、支撑机构；11、放置槽；12、支腿；

[0034] 2、第一封水机构；21、顶板；22、活动板；221、通孔；23、第一驱动组件；231、支撑架；232、第一驱动件；233、推板；2331、条形孔；

[0035] 3、第二封水机构；31、压板；32、第二驱动组件；321、固定斜板；3211、第一滑槽；322、第二驱动件；

[0036] 4、进水机构；41、第一密封挡板；411、第一板体；412、第二板体；42、进水槽；43、进水管；

[0037] 5、出水机构；51、第二密封挡板；52、出水槽；53、出水管；

[0038] 6、加热机构；61、热源；62、导热层；

[0039] 7、压力加载系统；71、支架；72、支撑台；73、支撑台；74、刚性臂；

[0040] 8、数据采集系统；81、温度传感器；82、计算机；

[0041] 9、水压控制系统；91、注水装置；92、液体回收装置；

[0042] 10、温度控制系统。

具体实施方式

[0043] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0044] 图1示出本申请实施例提供的一种裂隙岩体渗流传热装置的立体结构示意图；图2示出本申请实施例提供的一种裂隙岩体渗流传热装置的俯视结构示意图；图3示出图2所示
的实验装置沿方向A‑A的剖视图；图4示出图2所示的实验装置沿方向B‑B的剖面图；图5示出
本申请实施例提供的进水机构的立体结构示意图；图6示出本申请实施例提供的出水机构
的立体结构示意图；图7示出本申请实施例提供的支撑机构的立体结构示意图；图8示出本
申请实施例提供的固定斜板的立体结构示意图；图9示出本申请实施例提供的推板的立体
结构示意图；图10示出本申请实施例提供的活动板的立体结构示意图。

[0045] 如图1至图10所示，本申请实施例提供一种裂隙岩体渗流传热装置，包括支撑机构1、第一封水机构2、第二封水机构3、进水机构4、出水机构5和加热机构6。

[0046] 支撑机构1具有用于放置裂隙岩石样品a的放置槽11。

[0047] 第一封水机构2包括沿第一方向X相对设置的顶板21和活动板22以及驱动活动板22沿第一方向X移动的第一驱动组件23，顶板21和活动板22分别位于裂隙岩石样品a沿第一
方向X的两侧。

[0048] 如图10所示，活动板22上设置有通孔221供进水管43穿过，使得活动板22只能沿第一方向X移动，活动板与第一密封挡板固定连接。

[0049] 第二封水机构3包括两个沿第二方向Y相对设置的压板31以及驱动两个压板31相向或相离运动的第二驱动组件32，两个压板31分别位于裂隙岩石样品a沿第二方向Y的两
侧。

[0050] 如图5所示，进水机构4设置于活动板22的朝向裂隙岩石样品a的一侧，且进水机构4包括第一密封挡板41设置于第一密封挡板41上的进水槽42以及与进水槽42连通的进水管
43。

[0051] 如图6所示，出水机构5设置于顶板21的朝向裂隙岩石样品a的一侧，且出水机构5包括第二密封挡板51、设置于第一密封挡板41上的出水槽52以及与出水槽52连通的出水管
53。

[0052] 加热机构6包括两个沿第三方向Z相对设置的热源61，两个热源61分别位于裂隙岩石样品a沿第三方向Z的两侧。

[0053] 其中，第一方向X与第二方向Y相交设置，第二方向Y与第三方向Z相交设置，第一方向X与第三方向Z相交设置。

[0054] 本申请中，通过第一驱动组件23使得顶板21和活动板22对裂隙岩石样品a第一方向X的两侧进行密封，通过第二驱动组件32使得两个压板31对裂隙岩石样品a沿第二方向Y
的两侧进行压紧，通过加热机构6的热源61分别对裂隙岩石样品a沿第三方向Z的两侧进行
加热，进水机构4用于向裂隙岩石样品a注水，换热后的水通过出水机构5流出，提高封水效
果，有效避免实验过程中漏水的问题，通从而得到准确的进出口水温和流量数据，提高实验
精度。

[0055] 具体的，本申请中的第一方向X与第二方向Y垂直，第二方向Y与第三方向Z垂直，第一方向X与第三方向Z垂直，而且第三方向Z为竖直方向。

[0056] 具体的，本申请中的热源61采用恒温控制油浴。

[0057] 本申请中的支撑机构底部还设置有支腿12，以便在裂隙岩石样品a的两侧放置热源61。

[0058] 本申请实施例中，第一密封挡板41包括与第二密封挡板51相对设置的第一板体411以及两个分别与第一板体411的两端连接的第二板体412，其中一个第二板体412位于其
中一个压板31和裂隙岩石样品a之间，另外一个第二板体412位于另外一个压板31和裂隙岩
石样品a之间。

[0059] 本申请中，第一密封挡板41为U型板，通过第一板体411与第二密封挡板51相对设置对裂隙岩石样品a第一方向X的两侧进行密封，通过两个相对设置的第二板体412对裂隙
岩石样品a第二方向Y的两侧进行密封，进一步提高封水效果。

[0060] 具体的，第二密封挡板51沿第二方向Y的长度与裂隙岩石样品a在第二方向Y的长度相等，第一密封挡板41的第二板体412沿第一方向X的长度大于裂隙岩石样品a在第一方
向X的长度，第一密封挡板41沿第二方向Y的两端分别与两个第二板体412抵接，这样就使得
第一密封挡板41与第二密封挡板51围成一个框型结构，将裂隙岩石样品a的四周完全包围，
提高密封效果。

[0061] 本申请实施例中，第一密封挡板41和第二密封挡板51均采用隔热材料。

[0062] 本申请中，第一密封挡板41和第二密封挡板51均采用隔热隔水材料，在第一密封挡板41和第二密封挡板51将裂隙岩石样品a包围住后，不仅可以实现封水，而且可以防止裂
隙岩石样品a的热量通过第一密封挡板41和第二密封挡板51流失，进一步提高实验精度。

[0063] 具体的，第一密封挡板41和第二密封挡板51中的隔热材料可以为聚氨酯层、石棉层等。

[0064] 第一密封挡板41和第二密封挡板51沿第三方向Z的高度与裂隙岩石样品a的高度相匹配，保证第一密封挡板41和第二密封板可以将裂隙岩石样品a充分包围，进而提高隔热
效果。

[0065] 本申请实施例中，活动板22远离裂隙岩石样品a的一侧设置有第一斜面；

[0066] 第一驱动组件23包括：

[0067] 支撑架231，设置于支撑机构1上；

[0068] 第一驱动件232，与支撑架231螺纹连接；以及

[0069] 推板233，与第一驱动件232的端部可转动连接，且推板233朝向活动板22的一侧设置有与第一斜面配合的第二斜面，以使活动板22沿第一方向X移动。

[0070] 具体的，第一驱动件232为螺栓，通过转动第一驱动件232，带动推板233移动，推板233的第二斜面与活动板22的第一斜面配合，使得推板233移动时可以挤压活动板22，使得
活动板22沿第一方向X移动。

[0071] 如图9所示，本申请中的推板233沿第三方向Z移动，且在推板233上沿第三方向Z设置有条形孔2331，进水管43贯穿条形孔2331，以便为推板233上下移动腾出活动空间。

[0072] 可选的，在推板233与活动板22之间还可以设置滑槽结构，使得推板233与活动板22不会分离，从而使得推板233可以带动活动板22朝向远离裂隙岩石样品a的一侧移动。

[0073] 本申请中另一个实施例中，还可以为活动板22提供一个弹性力，通过弹簧即可，使得活动板22在受到推板233的挤压力时朝向裂隙岩石样品a移动，在推板233离开时活动板
22在弹性力的作用下自动复位。

[0074] 本申请实施例中，两个压板31的远离裂隙岩石样品a一侧分别设置有第三斜面；

[0075] 第二驱动组件32包括：

[0076] 两个固定斜板321，沿第二方向Y相对设置于放置槽11内，且两个固定斜板321朝向裂隙岩石样品a的一侧分别设置有与第三斜面配合的第四斜面；以及

[0077] 两个第二驱动件322，分别与支撑机构1螺纹连接，且两个第二驱动件322的端部分别与两个压板31活动连接。

[0078] 本申请中，第二驱动件322为螺栓，通过转动第二驱动件322带动压板31沿第一方向X移动，通过压板31的第三斜面与固定斜板321的第四斜面配合，使得压板31朝向裂隙岩
石样品a移动，从而加压第一密封挡板41的第二板体412，使得第二板体412与裂隙岩石样品
a贴紧，实现密封，具体的，在压板31与第二驱动件322的连接处设置活动槽，第二驱动件322
的端部设置有圆形凸块，圆形凸块在压板31的活动槽内既可以实现转动，又可以保证压板
31可以在第二方向Y上发生位移。

[0079] 本申请中，第一密封挡板41具有一定的弹性，在放置裂隙岩石样品a时，通过第一密封挡板41的第二板体412可以自动将裂隙岩石样品a夹持住，然后通过压板31的挤压增加
第二板体412与裂隙岩石样品a之间的压力，进而保证裂隙岩石样品a在第二方向Y上两侧的
密封性。

[0080] 可选的，本申请中的第二驱动组件32还可以为沿第二方向Y设置的螺栓，螺栓与支撑机构1螺纹连接，通过螺栓直接带动压板31沿第二方向Y移动。

[0081] 进一步的，固定斜板321的第四斜面上设置有第一滑槽3211，压板31通过第一滑槽3211与固定斜板321滑动配合。

[0082] 本申请中，压板31通过与固定斜板321上的第一滑槽3211滑动配合，使得固定斜板321与压板31之间可以沿第三斜面相对滑动，从而使得在反向转动第二驱动件322时可以带
动压板31解除对第一密封挡板41的挤压。

[0083] 具体的，第一滑槽3211为T型槽或者燕尾槽。

[0084] 本申请另一实施例中，压板31的第三斜面上设置有第二滑槽，固定斜板321通过第二滑槽与压板31滑动配合。

[0085] 本申请中，固定斜板321通过与压板31上的第二滑槽滑动配合，使得压板31可以沿第三斜面滑动，从而使得在反向转动第二驱动件322时可以带动压板31解除对第一密封挡
板41的挤压。

[0086] 具体的，第二滑槽为T型槽或者燕尾槽。

[0087] 本申请实施例中，加热机构6还包括设置于热源61的朝向裂隙岩石样品a一侧的导热层62，导热层62抵接于裂隙岩石样品a的表面。

[0088] 本申请中，导热层62选用高导热材料，本申请中选用金属铜，热源61通过导热层62将热量均匀传递给裂隙岩石样品a，认为导热层62的热阻无限小，则作用与裂隙岩石样表面
的温度即为热源61提供的温度，提高加热的均匀性，且不会造成热量的损失。具体的，导热
层62选用1cm‑1.5cm厚的金属铜，并且导热层62与裂隙岩石样品a在第三方向Z上的两个外
表面抵接。

[0089] 本申请实施例中，裂隙岩石样品a采用长方体或者正方体结构，且裂隙岩石样品a上设置有与第三方向Z垂直的裂缝面a1。

[0090] 现有裂隙岩石样品a渗流传热实验时，大都选用圆柱体的裂隙样品，通过圆环对圆柱体样品进行箍紧，同时负责样品的加热，这样一旦在圆环和样品之间出现渗漏，渗出的水
就会遍布样品的整个表面，从而对实验造成极大影响。而选用本申请的实验装置可以将裂
隙岩石样品a切割成长方体或者正方体结构，这样既方便第一封水机构2和第二封水机构3
对裂隙岩石样品a进行密封，而且可以提高加热的均匀性，裂隙岩石样品a的裂缝面a1位于
两个加热机构6的中间。

[0091] 该裂隙岩体渗流传热装置，通过第一驱动组件23使得顶板21和活动板22对裂隙岩石样品a第一方向X的两侧进行密封，通过第二驱动组件32使得两个压板31对裂隙岩石样品
a沿第二方向Y的两侧进行压紧，过加热机构6的热源61分别对裂隙岩石样品a沿第三方向Z
的两侧进行加热，进水机构4用于向裂隙岩石样品a注水，换热后的水通过出水机构5流出，
提高封水效果，有效避免实验过程中漏水的问题，通从而得到准确的进出口水温和流量数
据，提高实验精度。

[0092] 图11示出本申请实施例提供的一种裂隙岩体渗流传热系统的结构示意图；图12示出本申请实施例提供的裂隙岩石样品、温度传感器和导热层的结构示意图。

[0093] 如图11‑12所示，本申请实施例提供了一种裂隙岩体渗流传热系统，包括：

[0094] 前述裂隙岩体渗流传热装置；

[0095] 压力加载系统7，压力加载系统7包括支架71、滑动设置于支架71上用于支撑裂隙岩体渗流传热装置的支撑台72、驱动支撑台72沿第三方向Z移动的驱动机构73以及设置于
支架71上与支撑台72相对设置的刚性臂74；

[0096] 数据采集系统8，数据采集系统8包括用于采集裂隙岩石样品a温度的温度传感器81以及与温度传感器81通信连接的计算机82；

[0097] 水压控制系统9，水压控制系统9包括与进水管43连通的注水装置91以及与出水管53连通的液体回收装置92；以及

[0098] 温度控制系统10，用于控制热源61的加热温度。

[0099] 本申请中，压力加载系统7通过驱动机构73带动支撑台72沿第三方向Z移动，通过刚性臂74对裂隙岩石样品a的一端进行限位，从而对裂隙岩石样品a进行轴向加压，测定不
同水压情况下渗流传热情况，其压力加载范围：0‑80MPa，测力精度：≤ ±1%；测力分辨率：
10N；加载行程：100mm；力加载速度：0.01‑20kN/s。

[0100] 数据采集系统8通过温度传感器81检测裂隙岩石样品a表面的温度，并将检测到的温度信息转换成电信号传递给计算机82进行统计分析。

[0101] 水压控制系统9通过注水装置91向进水管43注入水，具体为水箱、水泵和压力传感器，从而控制注水水压，通过液体回收装置92回收渗流过裂隙岩石样品a的水，并对回收的
水进行称重，用于数据分析，提供的水压范围为：0‑52MPa。

[0102] 温度控制系统10主要功能是与热源61连接为实验提供稳定的温度环境。温度加载范围为：10‑150℃。

[0103] 本申请实施例中，加热机构6还包括设置于热源61的朝向裂隙岩石样品a一侧的导热层62，导热层62抵接于裂隙岩石样品a的表面；

[0104] 数据采集系统8的温度传感器81设置有多个，多个温度传感器81呈矩阵结构设置于导热层62上。

[0105] 本申请中，温度传感器81安装在导热层62上，具体的，可以在导热层62上设置安装槽，将温度传感器81安装在导热层62的安装槽内，使得温度传感器81与裂隙岩石样品a抵
接，可以对裂隙岩石样品a的表面温度进行检测。由于导热层62的热阻可以无限小，所以导
热层62不会对温度传感器81的检测造成影响。进一步的，还可以在导热层62的安装槽内设
置隔热垫，温度传感器81与导热层62之间通过隔热垫隔开，使得导热层62既可以实现作为
温度传感器81的载体，又可以保证温度传感器81准确检测裂隙岩石样品a表面的温度，不会
破坏裂隙岩石样品的表面。

[0106] 具体的，每个导热层62上安装3列、每列6个，共计18个温度传感器81，通过实时测量得到大量岩石表面温度数据，能够在实验过程中观察到岩石表面的温度场分布情况；此
外，温度传感器81可以沿着出水管53伸入出水槽52，实时测量出水温度。

[0107] 该裂隙岩石渗流传热系统具体工作方式如下：

[0108] S1、制备样品：与现有的大部分实验装置不同，本实验装置需要将岩石样品加工成100mm×100mm×50mm‑100mm（长×宽×高）的立方体试样，同时需要对样品表面进行反复打
磨，保证其与装置各个部件能够紧密接触。并通过劈裂或剪切实验制备单裂隙岩石样品a，
在裂隙岩石样品a上加工处裂缝面a1，得到裂隙岩石样品a。

[0109] S2、样品安装：裂隙岩石样品a制备好后，首先采用耐热胶对样品非进出口的两个侧面的裂隙进行第一步封水，然后将样品至于支撑机构1的放置槽11内，通过第一封水机构
2和第二封水机构3完成对裂隙岩石样品a四周的封水以及隔热处理。

[0110] S3、检测封水效果：裂隙岩石样品a安装好后，启动水压加载系统，通水一段时间，以检测装置的封水效果。如果封水效果良好，则继续实验，如果封水效果不理想，则重复S2
中继续对样品进行封水。

[0111] S4、安装实验装置：达到最佳封水效果后，将安装有裂隙岩石样品a的实验装置安装在压力加载系统7内。将裂隙岩石样品a的上下表面分别与两个加热机构6贴合。安装完成
后，启动压力加载系统7，对实验装置进行初步固定。

[0112] S5、开始实验：启动温度控制系统10，在裂隙岩石样品a上下表面提供相同的温度，直到岩样被完全加热至目标温度，停止加热；打开注水装置91，使较低温度的水流经裂隙岩
石样品a的裂隙，使其与高温岩石进行热量交换。

[0113] S6、数据采集系统8对实验过程中裂隙的进出口水温度、裂隙岩石样品a表面温度进行实时测量；水压控制系统9对渗透压力、流量进行控制并做记录，液体回收装置92对出
口水进行称重。

[0114] S7、实验结束：完成所有工况条件下的渗流传热实验后，依次关闭水压加载系统、温度控制系统10和压力加载系统7。待样品和渗流传热装置冷却至室温后，解除围压，取出
样品，对实验装置进行清理，以便下次使用，实验结束。

[0115] 该系统具体可以开展不同轴压、围岩温度、水力梯度下裂隙岩体水热运移实验。

[0116] 相比于现有实验装置，本申请的实验装置具有良好的封水效果，同时采用对裂隙岩石样品a上下表面加热的方法，得到的进出口水温、流量结果更准确；该装置可以获得大
量岩石表面的温度数据，从而研究裂隙岩体渗流传热过程中岩块表面温度场变化。

[0117] 应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特
定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定
特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处
于本领域技术人员的知识范围之内。

[0118] 应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”
且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物
以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层（即，
直接处于某物上）的含义。

[0119] 此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间
相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置
可以具有其他取向（旋转90度或者处于其他取向上），并且文中使用的空间相对描述词可以
同样被相应地解释。

[0120] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之
间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些
要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设
备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除
在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0121] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术
方案的范围。