[发明专利]一种固液气三相非饱和混凝土有效导热系数预测方法

说明书

本发明提供一种固液气三相非饱和混凝土有效导热系数预测方法，涉及围岩散热技术领域。该方法包括：对混凝土孔隙分布函数进行简化；通过相似实验获取预测固液气三相非饱和混凝土有效导热系数的相关参数；将孔隙内水和空气视为沿热流方向的并联模型，确定混凝土分散相导热系数；确定混凝土热阻；根据热阻模型，确定固液气三相非饱和混凝土有效导热系数。本发明提供的一种固液气三相非饱和混凝土有效导热系数预测方法，便可以方便有效的实现对非饱和混凝土有效导热系数的预测，无需再针对每一个试件单独测量其计算非饱和混凝土有效导热系数所需的参数值，大大节省了实验人员的工作量。

技术领域

本发明涉及围岩散热技术领域，具体涉及一种固液气三相非饱和混凝土有效导热系数预测方法。

背景技术

我国煤矿随着开采水平的延伸，高温矿井的数量和热害程度逐年增加，高温热害已成为深井开采技术中制约煤炭工业发展的瓶颈因素，日益严峻的矿井高温已经成为煤炭开采面临的共性问题，也是不可回避且必须要解决的基本问题，围岩散热是引发矿井高温热害的主要因素之一，而隔热混凝土能有效的减少围岩散热量，因而有必要对三相非饱和混凝土有效导热特性及模型进行研究。

导热系数是表征混凝土导热能力、确定混凝土内部温度场的重要参数，其影响因素有很多，根据国内相关研究，粗集料、砂浆比、含气量是影响混凝土导热系数的主要因素，水灰比、砂率、粉煤灰掺量对导热系数也有一定影响。近年来，国内学者展开了外掺料对混凝土有效导热系数改良的研究，但对固-液-气三相非饱和混凝土的有效导热系数计算方法的研究较少，且目前的计算方法工作量较大，要针对每一个试件测量其计算有效导热系数所需的所有参数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种固液气三相非饱和混凝土有效导热系数预测方法，根据多组相似实验获取试件的孔隙率、孔隙含水率和导热系数后，通过最小二乘法拟合得出孔隙分布的形状参数值，便可以方便有效的实现对非饱和混凝土有效导热系数的预测。

为了实现上述目的，一种固液气三相非饱和混凝土有效导热系数预测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于正态分布模型和海绵模型对混凝土的孔隙分布函数进行简化；

步骤2：通过相似实验获取混凝土中孔隙分布的形状参数、混凝土孔隙率、非饱和混凝土孔隙含水率、混凝土固体相导热系数、混凝土分散相中水的导热系数、混凝土分散相中空气的导热系数和混凝土沿热流方向的长度；其中，将混凝土沿热流方向的长度视为1；

步骤3：将孔隙内水和空气视为沿热流方向的并联模型，根据非饱和混凝土孔隙含水率、混凝土分散相中水的导热系数和混凝土分散相中空气的导热系数，确定混凝土分散相导热系数；

步骤4：根据混凝土固体相导热系数、混凝土分散相导热系数和简化后的孔隙分布函数，确定混凝土热阻；

步骤5：根据热阻模型，利用混凝土热阻和混凝土沿热流方向的长度确定固液气三相非饱和混凝土有效导热系数。

进一步地，所述步骤1中简化后的混凝土孔隙分布函数的公式如下：

其中，x为热流方向函数，y为孔隙分布函数，n为混凝土中孔隙分布的形状参数，e为混凝土孔隙率。

进一步地，所述步骤3中混凝土分散相导热系数的确定公式如下：

λ_m＝e_wλ_w+(1-e_w)λ_d；

其中，λ_m为混凝土分散相导热系数，e_w为非饱和混凝土孔隙含水率，λ_w为混凝土分散相中水的导热系数，λ_d为混凝土分散相中空气的导热系数。