[发明专利]深部地层导热系数三维瞬态预测方法、装置及电子设备

权利要求书

1.一种深部地层导热系数三维瞬态预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取均匀半空间研究区域内地下水运移规律及其对导热系数的响应机制，在所述研究区域内构建导热系数异常体并设定边界条件，结合研究区域内热物性参数分布和所述边界条件开展瞬态有限元温度数值模拟，获取在给定时刻下地下空间温度场T(x,y,z)＝d_obs，x、y、z分别表示x、y、z轴方向；

根据所述地下空间温度场d_obs，利用Tikhonov正则化构建瞬态温度正演的目标函数，采用Gauss-Newton算法获取Hessian矩阵及梯度向量组成的线性方程组，利用基于时间链式求导法则的Jacobian-free Krylov子空间技术求解Hessian矩阵中温度数值模拟响应对预测模型参数的一阶导数的Jacobian矩阵及所述Jacobian矩阵的转置与任意向量的乘积，求解得到预测模型修正量Δm；

根据所述预测模型修正量Δm，获取满足Wolfe准则的最优预测模型搜索步长，并更新预测模型参数；

根据更新后的预测模型参数，开展瞬态有限元温度数值模拟获取该模型参数下的地下空间温度场，计算与实测数据之间的数据拟合差，若小于预设拟合差条件，则输出当前预测模型参数为最优导热系数预测结果；否则，根据模型参数更新地下空间温度场d(m)并求解新的预测模型修正量Δm。

2.如权利要求1所述的深部地层导热系数三维瞬态预测方法，其特征在于，所述地下水运移规律及其对导热系数的响应机制包括：

设定地下水运动在研究区域x、y、z方向运移速率分别为v_x、v_y、v_z，流体运移浸入至周围介质，导致介质导热系数发生变化，满足：

k＝(1-φ)·k_s+φ·k_f

其中，k、k_s、k_f分别为真实导热系数、介质导热系数和流体导热系数，单位为W/m·K；φ为介质孔隙度，无量纲。

3.如权利要求1所述的深部地层导热系数三维瞬态预测方法，其特征在于，所述边界条件包括：

其中，α、β均为常数，α＝1，β＝T_up时为上边界条件；α＝0，β＝q_down时为下边界条件；α＝0，β＝0时为四周边界条件；T为温度，单位℃，T_up为地表温度，单位℃，n为边界法线方向，无量纲，k为导热系数，单位W/m·K，q_down为热流值，单位W/m²。

4.如权利要求1所述的深部地层导热系数三维瞬态预测方法，其特征在于，所述瞬态有限元温度数值模拟，采用六面体结构离散方式，六面体单元内温度T、导热系数k、流体热容量μ_f、介质热容量μ_s、流体运移速率v、热源Q均采用线性插值：

其中，i为节点标号，T_i、k_i、μ_fi、μ_si、v_i、Q_i分别为单元内各节点的温度、导热系数、流体热容量、介质热容量、流体流速、热源，单位分别为℃、W/m·K、J/(m³·K)、J/(m³·K)、m/s、W/m³；N_i为形函数，满足：

其中，ξ_i、η_i、ζ_i为节点i在母单元上的坐标，无量纲；母单元中ξ、η、ζ与子单元中坐标x、y、z关系公式：

其中，x₀、y₀、z₀分别为子单元在x、y、z轴方向上的中点；a、b、c分别为子单元在x、y、z方向上的边长，单位为m。