[发明专利]周期性地表温和风温作用下地铁围岩传蓄热评估方法和系统

说明书

本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，提供了一种周期性地表温和风温作用下地铁围岩传蓄热评估方法和系统。该方法包括：根据隧道围岩的双周期温度边界条件，构建双周期温度边界下地铁隧道围岩温度场模型；对隧道围岩壁面进行网格划分，基于地铁隧道围岩温度场模型，根据预设时间步长以及预设无因次参数，得到隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度；根据隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度，基于预设的不稳定换热准数模型，生成不稳定换热准数诺谟图；基于不稳定换热准数诺谟图，根据测定隧道围岩壁面的毕渥数、傅里叶数，按照隧道围岩壁面的热流密度模型计算隧道围岩壁面的热流密度。

技术领域

本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，特别涉及一种周期性地表温和风温作用下地铁围岩传蓄热评估方法和系统。

背景技术

随着城市化进程加快，低下轨道交通高速发展，热害问题也日益显现。一般认为当隧道气温超过38℃后，地铁列车冷凝器容易出现故障，从而造成列车运行安全隐患。地铁隧道属于半封闭环境，在人员、车辆等总产热量中，约有25%通过热交换储存到隧道围岩中，造成围岩温度不断升高。因此，研究地铁围岩传热及其温度场分布有利于地铁长期稳定运营。

现阶段，围岩传热的研究主要集中在矿井热害、寒区隧道冻害、低下储藏冷冻室以及地源热泵等领域。目前对地铁隧道围岩传热的研究主要集中在隧道风流对围岩传热的影响，并不能实现对地铁隧道围岩热害的准确估算。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种周期性地表温和风温作用下地铁围岩传蓄热评估方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种周期性地表温和风温作用下地铁围岩传蓄热评估方法，包括：

步骤S101、根据隧道围岩的双周期温度边界条件，构建双周期温度边界下地铁隧道围岩温度场模型；其中，隧道围岩的双周期温度边界条件为：

其中，

表示隧道风温；表示地表风温；表示隧道围岩温度；表示隧道围岩的原始岩温；表示隧道围岩边界的外法线方向；表示对流换热系数；、、分别表示隧道壁面边界、地表边界和深部围岩边界；、分别表示隧道风温和地表风温的年周期平均值，、分别为隧道风流温度波和地表温度波的振幅；、分别为相位角，反映了隧道开挖的具体时间；表示隧道通风时间，表示隧道风流温度波的年周期；

步骤S102、对隧道围岩壁面进行网格划分，基于地铁隧道围岩温度场模型，根据预设时间步长以及预设无因次参数，利用无因次有限体积数值计算方法得到隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度；

步骤S103、根据隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度，基于预设的不稳定换热准数模型，生成不稳定换热准数诺谟图；

步骤S104、基于不稳定换热准数诺谟图，根据测定隧道围岩壁面的毕渥数、傅里叶数，按照隧道围岩壁面的热流密度模型：

计算隧道围岩壁面的热流密度；其中，表示隧道围岩壁面的热流密度；表示隧道围岩导热系数；表示隧道的当量半径；表示隧道壁面的毕渥数；表示无因次隧道风流温度波振幅；为基于不稳定换热准数诺谟图得到的隧道围岩壁面的不稳定换热准数。

优选的，步骤S101包括：基于傅里叶定律、能量守恒定律和格林公式，建立隧道围岩的传热积分方程；对隧道围岩的传热积分方程和双周期温度边界条件进行无因次化，得到隧道围岩传热无因次模型；基于变量分解法，对隧道围岩传热无因次模型进行求解，得到地铁隧道围岩温度场模型。