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专利号: 2017107115762
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于Lu模型的大坝下游河岸带热流耦合模拟构建方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,构建河岸带饱和-非饱和渗流场-温度场全耦合模型,包括建立渗流场,并建立饱和-非饱和热量运移模型,描述温度场和渗流场的关系;

步骤2,对所述河岸带饱和-非饱和渗流场-温度场全耦合模型设置边界条件,包括对渗流场设置边界条件以及对温度场设置边界条件;

步骤3,求解所述河岸带饱和-非饱和渗流场-温度场全耦合模型,求解的过程中采用Lu模型来描述土体的等效热传导系数与含水率之间的关系,从而得到渗流过程中温度随时间的变化规律;

所述步骤3的具体步骤为:

步骤3.1,输入参数:土体的等效热传导系数λ、石英含量q、多孔介质的孔隙度n、干土的导热系数λdry、水的导热系数λw、石英的导热系数λq、差值系数Ke、其他矿物质的导热系数λ0、土中固体颗粒的导热系数λs、饱和土体的导热系数λsat;

步骤3.2,输入所述渗流场和温度场的边界条件,并给出水的黏度与温度的关系:μ(T)=0.00002414×10(247.8/(T+133.16));

步骤3.3,建立Lu模型,将土体的等效热传导系数λ修改为非饱和土的导热系数表达式;

所述步骤3.3中建立Lu模型具体为:

通过在干土的导热系数和饱和土的导热系数间插值,得到非饱和土的等效热传导系数λeq:λeq=(λsat-λdry)Ke+λdry   (5)

式中,Ke为插值系数,λdry为干土的导热系数,λsat为饱和土的导热系数:λdry=-0.56n+0.51   (7)

其中:α对于砂土、壤土、粘土分别为1.05、0.9、0.58,Sr为饱和度,n表示多孔介质的孔隙度,λw为水的导热系数,λs为土中固体颗粒的导热系数,λs=λqqλ01-q,其中:q为石英含量,λq为石英的导热系数,λ0为其它矿物的导热系数;

步骤3.4,更新河岸带饱和-非饱和渗流场-温度场全耦合模型的参数分布,即在每个时间步长更新步骤3.1输入参数中的变量,直至河岸带饱和-非饱和渗流场-温度场的求解收敛,得到每个时间步长内的温度值,从而得到渗流过程中温度随时间的变化规律。

2.根据权利要求1所述的基于Lu模型的大坝下游河岸带热流耦合模拟构建方法,其特征在于,所述步骤1中,建立的渗流场具体为河岸带饱和-非饱和瞬态渗流场,采用Richards方程进行描述:式中:θ为含水量,k为土渗透系数,k在饱和区域为初始温度场T的函数,k在非饱和区域为土体基质吸力或含水率的函数;h为压力水头,H为总水头,C为土体容水度, n为多孔介质的孔隙率,Ss为弹性贮水率,Qs为渗流源汇项,▽为拉普拉斯方程,DT为水动力弥散系数,t为时间。

3.根据权利要求2所述的基于Lu模型的大坝下游河岸带热流耦合模拟构建方法,其特征在于,在所述河岸带饱和-非饱和瞬态渗流场中,采用Van Genuchten模型来描述非饱和带土壤水分特征曲线:上式中,h(θ)为土壤基质吸力,k(θ)为非饱和土渗透系数;θs和θr分别为土壤饱和含水率和土壤残余含水率,与土壤质地有关;α和nv为VG模型参数,m=1-1/nv;ks为饱和土体渗透率。

4.根据权利要求3所述的基于Lu模型的大坝下游河岸带热流耦合模拟构建方法,其特征在于,所述步骤1中,采用热对流方程描述饱和-非饱和热量运移模型:式中:c为土体比热容,ρ为土体等效密度,▽为拉普拉斯方程,λ为土体的等效热传导系数,cw为水的比热容,ρw为水的密度,v为水的平均流速,T为初始温度场,Qh为温度场源汇项。

5.根据权利要求4所述的基于Lu模型的大坝下游河岸带热流耦合模拟构建方法,其特征在于,所述步骤2具体为:对于渗流场,河岸上下游的边界分别设置为定水头边界,河岸非上下游的边界设置为零通量边界;

对于温度场,河岸水面以下位置设置为定温度边界,河岸底部边界设置为绝热边界,与大气接触的位置取日平均气温值作为边界值。