JPH0210114A - 熱伝達特性を利用した地下水の流速・流向及び地層の熱物性値の同時計測プローブ - Google Patents
熱伝達特性を利用した地下水の流速・流向及び地層の熱物性値の同時計測プローブInfo
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- JPH0210114A JPH0210114A JP63159717A JP15971788A JPH0210114A JP H0210114 A JPH0210114 A JP H0210114A JP 63159717 A JP63159717 A JP 63159717A JP 15971788 A JP15971788 A JP 15971788A JP H0210114 A JPH0210114 A JP H0210114A
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- Japan
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- heating element
- flow velocity
- flow
- temperature distribution
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- Pending
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- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、一本の井戸を用い、原位置において局所の地
下水の流速・流向及び地層構成物体の有効熱伝導率測定
装置用プローブの計測原理に関する。
下水の流速・流向及び地層構成物体の有効熱伝導率測定
装置用プローブの計測原理に関する。
（従来技術）
地盤内の地下水流動や地盤及び岩盤の有効熱伝導率に関
する情報は、トンネルや坑道の掘削時における漏水や環
境温度対策、放射性廃棄物の地層的処分に関する技術及
び原油や低温液化ガスを地層内に貯蔵する場合の安全性
を評価する上で重要である。また近年、地下帯水層を一
つの熱源とした融雪や、帯水層を用いた蓄熱方法などが
検討されているが、そのためには地下水の流速・流向に
ついての情報が不可欠である。地すべりなどの自然災害
予知にも、地下水の流動に関する知見は重要な役割を果
たす。
する情報は、トンネルや坑道の掘削時における漏水や環
境温度対策、放射性廃棄物の地層的処分に関する技術及
び原油や低温液化ガスを地層内に貯蔵する場合の安全性
を評価する上で重要である。また近年、地下帯水層を一
つの熱源とした融雪や、帯水層を用いた蓄熱方法などが
検討されているが、そのためには地下水の流速・流向に
ついての情報が不可欠である。地すべりなどの自然災害
予知にも、地下水の流動に関する知見は重要な役割を果
たす。
上記のごとく、地下水の流速・流向と含水状態における
地層構成物体の有効熱伝導率は２種々の土木事業及び資
源開発分野において重要であるにもかかわらず一本の井
戸でこれらをすべて計測する技術は存在しない。従来、
地下水の流動は、多数の井戸を掘り各々の井戸の地下水
位を測定し。
地層構成物体の有効熱伝導率は２種々の土木事業及び資
源開発分野において重要であるにもかかわらず一本の井
戸でこれらをすべて計測する技術は存在しない。従来、
地下水の流動は、多数の井戸を掘り各々の井戸の地下水
位を測定し。
ポテンシャル理論を用いた計算から求めたり、またその
中の一本にトレーサーを投入して他のどの井戸から検出
されるかを見ることにより求める方法が採られていた。
中の一本にトレーサーを投入して他のどの井戸から検出
されるかを見ることにより求める方法が採られていた。
これらの方法では複数の井戸を必す必要とし、またトレ
ーサーの投入による地下水汚染の危険性もある。また前
述した種々の事業に関連した土木工事においては、同時
に地層構成物体の有効熱伝導率を知りたい場合が多い。
ーサーの投入による地下水汚染の危険性もある。また前
述した種々の事業に関連した土木工事においては、同時
に地層構成物体の有効熱伝導率を知りたい場合が多い。
これまで地層構成物体の有効熱伝導率を非定常細線法を
応用して原位置で計測する試みは種々性われているが、
熱伝達理論を地下水の流速・流向の計測原理まで拡張す
る試みはまだなされていない。
応用して原位置で計測する試みは種々性われているが、
熱伝達理論を地下水の流速・流向の計測原理まで拡張す
る試みはまだなされていない。
（発明の目的）
本発明は熱伝達特性を利用し、地下水の流速・流向及び
地層構成物体の有効熱伝導率を一本の井戸を用いて原位
置において同時計測する計測原理を提供することを目的
とする。
地層構成物体の有効熱伝導率を一本の井戸を用いて原位
置において同時計測する計測原理を提供することを目的
とする。
（計測原理）
地層中に挿入された直径２ａの該プローブの等熱流束条
件を満たす発熱部に、それと直交する方向から温度Ｔ
及び流速Ｕ の−様な地下水の流れを想定する（第１図
参照）。この時５発熱部に微量な一定電力を投入し、そ
の壁面温度Ｔｗの」二昇経過を、定常状態に達するまで
計測する。壁面温度上昇は、自然対流の影響をできるだ
け小さく押える目的で最大でも１０℃以下にとどめるべ
きである。
件を満たす発熱部に、それと直交する方向から温度Ｔ
及び流速Ｕ の−様な地下水の流れを想定する（第１図
参照）。この時５発熱部に微量な一定電力を投入し、そ
の壁面温度Ｔｗの」二昇経過を、定常状態に達するまで
計測する。壁面温度上昇は、自然対流の影響をできるだ
け小さく押える目的で最大でも１０℃以下にとどめるべ
きである。
この際１等熱流束部壁面温度の経時変化について熱伝達
の理論より次の事項が導かれる。
の理論より次の事項が導かれる。
１）電力投入直後においては、半径方向の熱伝導が支配
し、流れの影響は実質的には見られない。
し、流れの影響は実質的には見られない。
従って壁面温度は９円柱からの非定常熱伝導理論に従っ
て一様に上昇する（第２図参照）。
て一様に上昇する（第２図参照）。
２）定常状態に達するまでの時間は、流速に反比例する
（第３図参照）。
（第３図参照）。
３）定常状態においては、流れに面している位置での壁
面温度は低く、その反対側では高くなる（第４図参照）
。
面温度は低く、その反対側では高くなる（第４図参照）
。
これらの事実より、以下の（１）式、（２）式、及び（
３）式の右辺は、与えられた計測系に固有な値となる。
３）式の右辺は、与えられた計測系に固有な値となる。
を
地下水の流速Ｕ。Ｏが比較的大きい場合であれば。
外周に沿う無次元温度分布ｆ（θ）は次の（４）式のよ
うになる。
うになる。
しかし、前述の条件が満たされない場合や、流速があま
りに速く地下水の流れにＤａｒｃｙ則が成立しないなど
の場合は、模擬地層を用い該プローブのキャリブレーシ
ヨンによりｇ（Ｕｏｏａ／α）、ｆ（θ）をあらかじめ
決定しておく必要がある。しかし、いづれの場合におい
ても原理的には、電力投入直後の壁面温度上昇速度（（
１）式）、定常状態に達するまでの時間（（２）式）並
びに定常状態下における壁面温度及びその外周方向分布
（（３）式）を計測することによりこれらの式中に含ま
れる３つのの未知数ｋ （地層構成物体の有効熱伝導度
）、σ（地層構成物体の熱容量比）及びＵ。０（地下水
流速）について解くことが可能となる。また壁面温度の
最大及び最小位置より流向を決定することができる。
りに速く地下水の流れにＤａｒｃｙ則が成立しないなど
の場合は、模擬地層を用い該プローブのキャリブレーシ
ヨンによりｇ（Ｕｏｏａ／α）、ｆ（θ）をあらかじめ
決定しておく必要がある。しかし、いづれの場合におい
ても原理的には、電力投入直後の壁面温度上昇速度（（
１）式）、定常状態に達するまでの時間（（２）式）並
びに定常状態下における壁面温度及びその外周方向分布
（（３）式）を計測することによりこれらの式中に含ま
れる３つのの未知数ｋ （地層構成物体の有効熱伝導度
）、σ（地層構成物体の熱容量比）及びＵ。０（地下水
流速）について解くことが可能となる。また壁面温度の
最大及び最小位置より流向を決定することができる。
なお（２）式の右辺においてはＵ ａ／αの値を仮定
する必要があるので、もしく３）式より求められた流速
が（２）の右辺で仮定された値と一致しない場合はＵｏ
ｏ ａ／αの値を再度仮定して計算を行なう。この操作
をＵ。０が変化しなくなるまで繰返す。また、各アルフ
ァベット及びギリシャ文字の意味については。
する必要があるので、もしく３）式より求められた流速
が（２）の右辺で仮定された値と一致しない場合はＵｏ
ｏ ａ／αの値を再度仮定して計算を行なう。この操作
をＵ。０が変化しなくなるまで繰返す。また、各アルフ
ァベット及びギリシャ文字の意味については。
まとめて第１表に記載しておく。
（数値実験例）
地層内に一様流れが存在し、それと直交する方向に置か
れた理想的な等熱流束壁を有する円柱状発熱体を想定し
、壁面温度上昇の経時変化を数値実験により求め、計測
原理の傍証を得たので説明する。実験結果は、すべて通
常の伝熱理論に基づき無次元化して示しである。
れた理想的な等熱流束壁を有する円柱状発熱体を想定し
、壁面温度上昇の経時変化を数値実験により求め、計測
原理の傍証を得たので説明する。実験結果は、すべて通
常の伝熱理論に基づき無次元化して示しである。
第５図にθ：５８°（約１ラジアン）の位置の壁面温度
上昇を時間の関数として示す。実線は、非定常熱伝導理
論より得られる結果を示す。これに対し口、○及び・印
はＵ。ａ／αがそれぞれ１０．５０及び２００の場合の
数値実験結果を表わす。たとえばａ：５０ｍｍ及びα：
１０−７ｍ２／ｓの場合には口、○及び・印はＵｏｏ＝
０．０２ｍｍ／ｓ、 ０．１ｍｍ／ｓ、 ０．４ｍｍ／
ｓの流速に対応する。ｔが小さい間は、いづれの場合も
非定常熱伝導理論に従って壁面温度が上昇していく。し
がし流れが存在する場合には、ある時刻において壁面湿
度上昇は押えられ、流速により定まる一定値に漸近して
行く。
上昇を時間の関数として示す。実線は、非定常熱伝導理
論より得られる結果を示す。これに対し口、○及び・印
はＵ。ａ／αがそれぞれ１０．５０及び２００の場合の
数値実験結果を表わす。たとえばａ：５０ｍｍ及びα：
１０−７ｍ２／ｓの場合には口、○及び・印はＵｏｏ＝
０．０２ｍｍ／ｓ、 ０．１ｍｍ／ｓ、 ０．４ｍｍ／
ｓの流速に対応する。ｔが小さい間は、いづれの場合も
非定常熱伝導理論に従って壁面温度が上昇していく。し
がし流れが存在する場合には、ある時刻において壁面湿
度上昇は押えられ、流速により定まる一定値に漸近して
行く。
第６図には定常状態に達する時間を無次元流速Ｕｏｏａ
／αの関係として示す。第５図の場合と同様。
／αの関係として示す。第５図の場合と同様。
ａ＝５０ｍｍ、 α＝１０−７ｍ２／ｓ及びσ＝０．５
を想定すると。
を想定すると。
ＵＯＯ＝０．０２ｍｍ／ｓ、 ０．１ｍｍ／ｓ及び０．
４ｍｍ／ｓとなり、定常状態に達するのにそれぞれ２５
００ｓｅｃ、 ３７５ｓｅｃ及び８８ｓｅｃの時間が必
要であることがわかる。またＵ０ａ／α≧５０の時、ｔ
とＵ との間にほぼ反比例の相関 ｏＯ 関係が存在することも明らかである。
４ｍｍ／ｓとなり、定常状態に達するのにそれぞれ２５
００ｓｅｃ、 ３７５ｓｅｃ及び８８ｓｅｃの時間が必
要であることがわかる。またＵ０ａ／α≧５０の時、ｔ
とＵ との間にほぼ反比例の相関 ｏＯ 関係が存在することも明らかである。
第７図は、定常状態における発熱体の外周に沿う壁面温
度の分布を示す。実線は、（４）式より求められる温度
分布であり、Ｕａ／α＝５０以」二においては流速に依
らない。しかし流速が遅い領域においては、流速の影響
が現れ、（４）式ではそれを表現することが出来ず、模
擬地層を用いた室内実験などによりキャリブレーション
を実施する必要がある。
度の分布を示す。実線は、（４）式より求められる温度
分布であり、Ｕａ／α＝５０以」二においては流速に依
らない。しかし流速が遅い領域においては、流速の影響
が現れ、（４）式ではそれを表現することが出来ず、模
擬地層を用いた室内実験などによりキャリブレーション
を実施する必要がある。
ちなみに、 ｋ ＝２Ｗ／ｍ’ｃ、 α＝１０−７ｍ２
／ｓ、 ａ＝５０ｍｍ及びｑ”＝２８０Ｗ／ｍ２を想定
すると、θ＝５８°の位置における壁面温度上昇はＵＩ
）。＝０．０２ｍｍ／ｓ、 ０．１ｍｍ／ｓ及び０．４
ｍｍ／ｓの時、それぞれΔＴ＝２．１５℃、１℃及び０
．５℃であることがわかる。
／ｓ、 ａ＝５０ｍｍ及びｑ”＝２８０Ｗ／ｍ２を想定
すると、θ＝５８°の位置における壁面温度上昇はＵＩ
）。＝０．０２ｍｍ／ｓ、 ０．１ｍｍ／ｓ及び０．４
ｍｍ／ｓの時、それぞれΔＴ＝２．１５℃、１℃及び０
．５℃であることがわかる。
（本発明のプローブ構造例）
本発明の計測原理に基づくプローブは、第８図に示すよ
うに細長い円柱状のプローブ主体と該プローブ主体の長
手方向に間隔をおいて単数又は複数箇所に設置された等
熱流束条件を満足する帯状の発熱体と発熱体の外周に沿
う温度分布を計測する複数の温度センサーより成る。発
熱体は、ステンレス等の金属薄膜で良好な断熱材の上に
配置され、安定した定電力源により供給される一定電力
により等熱流束条件をほぼ満足する発熱を得る構造を有
する。外周に沿う温度分布は、金属薄膜の裏面に３力所
以上設置された熱電対などの温度センサーにより計測す
る。発熱体の上下近傍は２発熱体の温度分布への影響を
極小ならしめるために良好なる断熱部材を用いて構成す
る。また、硬い地層に対しては、発熱体を井戸の内壁に
密着させ＝８− る特殊の構造を有する。
うに細長い円柱状のプローブ主体と該プローブ主体の長
手方向に間隔をおいて単数又は複数箇所に設置された等
熱流束条件を満足する帯状の発熱体と発熱体の外周に沿
う温度分布を計測する複数の温度センサーより成る。発
熱体は、ステンレス等の金属薄膜で良好な断熱材の上に
配置され、安定した定電力源により供給される一定電力
により等熱流束条件をほぼ満足する発熱を得る構造を有
する。外周に沿う温度分布は、金属薄膜の裏面に３力所
以上設置された熱電対などの温度センサーにより計測す
る。発熱体の上下近傍は２発熱体の温度分布への影響を
極小ならしめるために良好なる断熱部材を用いて構成す
る。また、硬い地層に対しては、発熱体を井戸の内壁に
密着させ＝８− る特殊の構造を有する。
第１図は２円筒壁面に熱流束一定の条件をもつプローブ
本体が地層内で横方向から−様な流れにさらされている
様子を模式的に描いたものである。
本体が地層内で横方向から−様な流れにさらされている
様子を模式的に描いたものである。
第２図は、ある決められた位置における壁面温度上昇を
時間の関数として、流速が大きい場合と小さい場合とに
ついて、模式的に描いたものである。第３図は、定常状
態に達するのに必要な時間と流速との関係を模式的に示
す。第４図は、定常状態における壁面温度分布を模式的
に示している。
時間の関数として、流速が大きい場合と小さい場合とに
ついて、模式的に描いたものである。第３図は、定常状
態に達するのに必要な時間と流速との関係を模式的に示
す。第４図は、定常状態における壁面温度分布を模式的
に示している。
第５図は、数値実験により求めたθ二５８°（１ラジア
ン）の位置における壁面温度の経時変化を示したもので
ある。実線は、熱伝導のみにより熱が伝わる場合を示す
。第６図は、定常状態に達するのに必要な時間と流速と
の関係を示しである。第７図は、定常状態における一般
無次元温度分布ｆ（θ）を数値実験結果と合わせて示す
。第８図は本プローブの構造例を示す。
ン）の位置における壁面温度の経時変化を示したもので
ある。実線は、熱伝導のみにより熱が伝わる場合を示す
。第６図は、定常状態に達するのに必要な時間と流速と
の関係を示しである。第７図は、定常状態における一般
無次元温度分布ｆ（θ）を数値実験結果と合わせて示す
。第８図は本プローブの構造例を示す。
Claims (1)
- 円柱状のプローブ主体に等熱流束を得る様に工夫され
た帯状発熱体をその外周に設置し、発熱体の外周に沿っ
て配置した複数個の温度センサーにより、発熱体の定常
及び非定常状態における温度分布を計測し、一本の該プ
ローブを用いて原位置で局所的な地下水の流速及び流向
、並びに地層構成物体の有効熱伝導率等を同時測定する
原理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63159717A JPH0210114A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 熱伝達特性を利用した地下水の流速・流向及び地層の熱物性値の同時計測プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63159717A JPH0210114A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 熱伝達特性を利用した地下水の流速・流向及び地層の熱物性値の同時計測プローブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210114A true JPH0210114A (ja) | 1990-01-12 |
Family
ID=15699742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63159717A Pending JPH0210114A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 熱伝達特性を利用した地下水の流速・流向及び地層の熱物性値の同時計測プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0210114A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09210741A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-08-15 | Agency Of Ind Science & Technol | 水温による汽水域塩分層の動態観測方法 |
| JP2007232597A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | 地下水流速推定方法 |
| WO2012168749A1 (fr) | 2011-06-06 | 2012-12-13 | Sarr Souleymane | Dispositif amovible de guidage pour infiltration sous radiofluoscopie avec amplificateur de brillance |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5758609A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | Kaken Pharmaceut Co Ltd | Drug containing nifedipine |
| JPS5777967A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Measuring device for wind direction and wind velocity |
| JPS62106354A (ja) * | 1985-11-05 | 1987-05-16 | Hiroshi Kiyohashi | 原位置局所熱物性値測定装置のためのプロ−ブ |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63159717A patent/JPH0210114A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5758609A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | Kaken Pharmaceut Co Ltd | Drug containing nifedipine |
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| WO2012168749A1 (fr) | 2011-06-06 | 2012-12-13 | Sarr Souleymane | Dispositif amovible de guidage pour infiltration sous radiofluoscopie avec amplificateur de brillance |
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