[发明专利]利用改进ABC算法确定热学参数的大坝温度预测方法

权利要求书

1.利用改进ABC算法确定热学参数的大坝温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集大坝不同部位的混凝土温度监测数据；

步骤2：建立各个混凝土浇筑仓的有限元模型，并设定初始条件和边界条件；

步骤3：确定用于大坝温度预测的热学参数及其取值范围，并建立热学参数的目标函数；

步骤4：在热学参数的取值范围内随机产生一组初始热学参数值并代入有限元模型进行温度仿真模拟计算，得到混凝土浇筑仓内节点处的温度值，与节点处混凝土的实际温度一并代入目标函数中，计算得到目标函数值；

步骤5：利用基于交叉运算的全局人工蜂群算法对热学参数进行迭代反演，并利用目标函数判断得到的热学参数值的优劣；

步骤6：重复步骤5，得到满足目标函数值要求的热学参数的取值，并将计算得到的温度值与混凝土实际温度值相比较，达到预期目标后停止迭代反演；

步骤7：根据得到的热学参数值，预测大坝混凝土的温度。

2.根据权利要求1所述的大坝温度预测方法，其特征在于，步骤1中，在混凝土浇筑仓内埋设光纤，通过光纤测温获取混凝土内部不同深度处真实温度数据。

3.根据权利要求1所述的大坝温度预测方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤：

步骤2-1：在CAD软件中建立起浇筑仓的实体模型，并从CAD软件中提取浇筑仓的坐标值，导入ANSYS软件中，建立浇筑仓的有限元模型，并对该有限元模型进行网格划分；同时对混凝土材料、单元属性进行分配赋值；

步骤2-2：有限元模型的初始条件包含混凝土的初始温度，混凝土的初始温度根据现场的实测数据获得；

将浇筑仓底面和横缝侧面作为绝热边界，浇筑仓顶面和上下游表面为第三类温度边界条件；

混凝土与空气接触时，假定经过混凝土表面的热流量q与混凝土表面温度T和气温T_a之差成正比，第三类传热边界条件的表达式如下：

式中q为热流量；λ为导热系数；为综合等效气温；β为混凝土表面放热系数；T_s为混凝土表面日平均温度；n为法向方向单位矢量；

步骤2-3：边界条件主要包括外界环境温度和混凝土的通水冷却；

考虑冷却通水时混凝土温度的计算式如下：

T(t)＝T_ωi+(T_i-T_ωi)φ_i(t)+θ₀ψ_i(t) (2)

式中T(t)表示混凝土平均温度；e为自然常数；T_ωi为第i档冷却通水水温；T_i为i-1档通水结束且第i档通水开始时的混凝土温度；φ_i(t)为第i档通水时的水冷函数；θ₀为最终绝热温升；ψ_i(t)为第i档通水时的水冷温升函数；p_i为第i档通水时的水冷参数；t_i为流量或水温改变时刻；t为冷却时间；s、m₁、m₂均为待定的系数；

水冷参数的计算式如下：

k＝2.09-1.35ξ+0.320ξ² (7)

ξ＝λL/c_wρ_wq_w (8)

非金属冷却水管的等效导温系数计算式为：

式中D为等效冷却柱体直径；b为等效冷却柱体半径；S₁、S₂分别为水管布置的水平、铅直间距；ρ_w为水的密度，q_w为通水流量，L为水管长度，c_w为水的比热，λ为混凝土导热系数；a'为等效导温系数，c为水管外半径，r₀为水管内半径，λ₁为水管导热系数；ξ表示与水比热、水的密度、通水流量、水管长度有关的中间变量。