[发明专利]基于Lu模型的大坝下游河岸带热流耦合模拟构建方法

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λ_dry、水的导热系数λ_w、石英的导热系数λ_q、差值系数K_e、其他矿物质的导热系数λ₀、土中固体颗粒的导热系数λ_s、饱和土体的导热系数λ_sat；

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λ_eq：

λ_eq＝(λ_sat-λ_dry)K_e+λ_dry (5)

式中，K_e为插值系数，λ_dry为干土的导热系数，λ_sat为饱和土的导热系数：

λ_dry＝-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，S_r为饱和度，n表示多孔介质的孔隙度，λ_w为水的导热系数，λ_s为土中固体颗粒的导热系数，λ_s＝λ_q^qλ₀^1-q，其中：q为石英含量，λ_q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，S_s为弹性贮水率，Q_s为渗流源汇项，▽为拉普拉斯方程，D_T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；θ_s和θ_r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n_v为VG模型参数，m＝1-1/n_v；k_s为饱和土体渗透率。