[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

权利要求书

1.一种周期性地表温和风温作用下地铁隧道围岩传蓄热评估方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的周期性地表温和风温作用下地铁隧道围岩传蓄热评估方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的周期性地表温和风温作用下地铁隧道围岩传蓄热评估方法，其特征在于，步骤S102包括：

基于有限体积法，根据预先设定的温度插值函数，对地铁隧道围岩温度场模型进行解算，得到离散化隧道围岩离散模型；

对隧道壁面进行网格划分，并根据预设的无因次参数、预设时间步长以及隧道围岩壁面各网格节点时刻的温度，基于隧道围岩离散模型，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时刻的无因次过余温度；其中，为大于1的有理数。

4.根据权利要求1所述的周期性地表温和风温作用下地铁隧道围岩传蓄热评估方法，其特征在于，步骤S103包括：

根据隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度，计算隧道围岩壁面的平均无因次过余温度；

根据隧道围岩壁面的平均无因次过余温度，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；其中，不稳定换热准数模型为：

式中，为隧道围岩壁面的平均无因次过余温度。

5.根据权利要求4所述的周期性地表温和风温作用下地铁隧道围岩传蓄热评估方法，其特征在于，所述根据隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度，计算隧道围岩壁面的平均无因次过余温度，具体为：

根据隧道围岩壁面各网格节点处的无因次过余温度，按照公式：

计算隧道围岩壁面的平均无因次过余温度；

其中，表示隧道围岩壁面的平均无因次过余温度，、、、分别表示隧道围岩壁面第1、、、个网格节点处的无因次过余温度；表示隧道围岩壁面的圆周总长度；表示隧道围岩壁面的圆周进行网格划分的段数，为正整数，表示表示隧道围岩壁面第段网格的圆周长度。

6.根据权利要求1所述的周期性地表温和风温作用下地铁隧道围岩传蓄热评估方法，其特征在于，步骤S104包括：

根据测定的隧道围岩壁面的毕渥数和傅里叶数，基于不稳定换热准数诺谟图，获取隧道围岩壁面的不稳定换热准数；

根据隧道围岩壁面的不稳定换热准数，基于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。