[發(fā)明專利]基于Lu模型的大壩下游河岸帶熱流耦合模擬構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710711576.2
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107665270B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任杰;張文兵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 燕肇琪

1.基于Lu模型的大壩下游河岸帶熱流耦合模擬構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建河岸帶飽和-非飽和滲流場-溫度場全耦合模型，包括建立滲流場，并建立飽和-非飽和熱量運(yùn)移模型，描述溫度場和滲流場的關(guān)系；

步驟2，對所述河岸帶飽和-非飽和滲流場-溫度場全耦合模型設(shè)置邊界條件，包括對滲流場設(shè)置邊界條件以及對溫度場設(shè)置邊界條件；

步驟3，求解所述河岸帶飽和-非飽和滲流場-溫度場全耦合模型，求解的過程中采用Lu模型來描述土體的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)與含水率之間的關(guān)系，從而得到滲流過程中溫度隨時間的變化規(guī)律；

所述步驟3的具體步驟為：

步驟3.1，輸入?yún)?shù)：土體的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)λ、石英含量q、多孔介質(zhì)的孔隙度n、干土的導(dǎo)熱系數(shù)λ_dry、水的導(dǎo)熱系數(shù)λ_w、石英的導(dǎo)熱系數(shù)λ_q、差值系數(shù)K_e、其他礦物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)λ₀、土中固體顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)λ_s、飽和土體的導(dǎo)熱系數(shù)λ_sat；

步驟3.2，輸入所述滲流場和溫度場的邊界條件，并給出水的黏度與溫度的關(guān)系：μ(T)＝0.00002414×10^{(247.8/(T+133.16))}；

步驟3.3，建立Lu模型，將土體的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)λ修改為非飽和土的導(dǎo)熱系數(shù)表達(dá)式；

所述步驟3.3中建立Lu模型具體為：

通過在干土的導(dǎo)熱系數(shù)和飽和土的導(dǎo)熱系數(shù)間插值，得到非飽和土的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)λ_eq：

λ_eq＝(λ_sat-λ_dry)K_e+λ_dry (5)

式中，K_e為插值系數(shù)，λ_dry為干土的導(dǎo)熱系數(shù)，λ_sat為飽和土的導(dǎo)熱系數(shù)：

λ_dry＝-0.56n+0.51 (7)

其中：α對于砂土、壤土、粘土分別為1.05、0.9、0.58，S_r為飽和度，n表示多孔介質(zhì)的孔隙度，λ_w為水的導(dǎo)熱系數(shù)，λ_s為土中固體顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)，λ_s＝λ_q^qλ₀^1-q，其中：q為石英含量，λ_q為石英的導(dǎo)熱系數(shù)，λ₀為其它礦物的導(dǎo)熱系數(shù)；

步驟3.4，更新河岸帶飽和-非飽和滲流場-溫度場全耦合模型的參數(shù)分布，即在每個時間步長更新步驟3.1輸入?yún)?shù)中的變量，直至河岸帶飽和-非飽和滲流場-溫度場的求解收斂，得到每個時間步長內(nèi)的溫度值，從而得到滲流過程中溫度隨時間的變化規(guī)律。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Lu模型的大壩下游河岸帶熱流耦合模擬構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟1中，建立的滲流場具體為河岸帶飽和-非飽和瞬態(tài)滲流場，采用Richards方程進(jìn)行描述：

式中：θ為含水量，k為土滲透系數(shù)，k在飽和區(qū)域?yàn)槌跏紲囟葓鯰的函數(shù)，k在非飽和區(qū)域?yàn)橥馏w基質(zhì)吸力或含水率的函數(shù)；h為壓力水頭，H為總水頭，C為土體容水度，n為多孔介質(zhì)的孔隙率，S_s為彈性貯水率，Q_s為滲流源匯項(xiàng)，▽為拉普拉斯方程，D_T為水動力彌散系數(shù)，t為時間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Lu模型的大壩下游河岸帶熱流耦合模擬構(gòu)建方法，其特征在于，在所述河岸帶飽和-非飽和瞬態(tài)滲流場中，采用Van Genuchten模型來描述非飽和帶土壤水分特征曲線：

上式中，h(θ)為土壤基質(zhì)吸力，k(θ)為非飽和土滲透系數(shù)；θ_s和θ_r分別為土壤飽和含水率和土壤殘余含水率，與土壤質(zhì)地有關(guān)；α和n_v為VG模型參數(shù)，m＝1-1/n_v；k_s為飽和土體滲透率。