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申请/专利权人：山东科技大学

摘要：本发明公开了一种基于地质分层的岩土热物性参数辨识方法。通过构建地埋管换热器实验模型，利用地埋管换热器实验模型对待辨识岩土进行热响应实验，在热响应实验过程中获取地埋管换热器实验模型中各温度传感器的实测温度值，再基于地埋管换热器实验模型利用有限元模拟软件构建岩土热响应实验数值模拟模型，利用岩土热响应实验数值模型模拟热响应实验，获取各温度传感器不同时刻的模拟温度，构建目标函数，并利用L‑M算法优化目标函数，确定待辨识岩土热物性参数的最优解。本发明将岩土热响应实验和有限元数值模拟方法相结合，真实还原了地埋管换热器的工况，实现了对多层岩土热物性参数的准确获取，为指导地埋管换热器的设计方案奠定了基础。

主权项：1.一种基于地质分层的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，构建地埋管换热器实验模型，获取地埋管换热器实验模型中地埋管换热器的结构参数，确定地埋管换热器实验模型中待辨识岩土的分层情况以及各层岩土的密度；步骤2，利用地埋管换热器实验模型对待辨识岩土进行热响应实验，设置热响应实验的实验参数，热响应实验过程中实时测量地埋管换热器实验模型中U型埋管进液管管口温度、出液管管口温度以及待辨识岩土中各层岩土的温度；步骤3，基于地埋管换热器实验模型，利用有限元模拟软件构建岩土热响应实验数值模拟模型，设置岩土热响应实验数值模拟模型的边界条件，并对岩土热响应实验数值模拟模型进行网格划分；步骤4，根据步骤2中热响应实验的实验参数，利用步骤3中构建的岩土热响应实验数值模拟模型模拟热响应实验，得到热响应实验中各温度传感器不同时刻的模拟温度，构建目标函数；步骤5，利用L-M算法对目标函数进行优化，得到待辨识岩土热物性参数的最优解；步骤6，输出待辨识岩土热物性参数的最优解，得到待辨识岩土的热物性参数值；所述地埋管换热器实验模型包括地埋管换热器和待辨识岩土，地埋管换热器埋设于待辨识岩土内；所述待辨识岩土呈多层结构，各层岩土内均设置有温度传感器，各温度传感器均与钻孔内壁相紧贴，分别位于钻孔内壁的不同高度位置处；所述地埋管换热器包括钻孔、回填材料和U型埋管，U型埋管的一端设置为进液管，另一端设置为出液管，内部注入循环流体，U型埋管的进液管管口和出液管管口处均设置有温度传感器；所述目标函数Fα如公式1所示： 式中，Tsim,i,j为地埋管换热器实验模型内第i个温度传感器在第j时刻时的实测温度，Texp,i,j为岩土热响应实验数值模拟模型内第i个温度传感器在第j时刻时的模拟温度，n为所选时刻的个数，N为温度传感器的数量；所述步骤5中，具体包括以下步骤：步骤5.1，设置待辨识岩土热物性参数的初始值，并根据待辨识岩土热物性参数的初始值设置岩土热响应实验数值模拟模型中待辨识岩土的热物性参数；步骤5.2，设置迭代更新的终止容许值ξ和修正系数β；步骤5.3，根据步骤2中热响应实验的实验参数，利用岩土热响应实验数值模拟模型模拟热响应实验，得到各温度传感器不同时刻的模拟温度，计算得到本次迭代更新前的目标函数Fαk，基于L-M算法优化待辨识岩土的热物性参数，得到更新后待辨识岩土的热物性参数，如公式2所示： 式中，αk+1为第k次迭代更新后待辨识岩土的热物性参数，αk为岩土热响应实验数值模拟模型中待辨识岩土的热物性参数，Δαk为第k次前后待辨识岩土热物性参数变化量，Fαk为第k次迭代更新得到的目标函数，λ为调节因子，I为单位矩阵，Aαk为雅克比矩阵；步骤5.4，根据更新后待辨识岩土的热物性参数αk+1，重新设置岩土热响应实验数值模拟模型中待辨识岩土的热物性参数，根据步骤2中热响应实验的实验参数，利用岩土热响应实验数值模拟模型模拟热响应实验，得到各温度传感器不同时刻的模拟温度，计算得到迭代更新后的目标函数Fαk+1；步骤5.5，若迭代更新后目标函数Fαk+1小于迭代更新前目标函数Fαk的大小，则进入步骤5.6，否则，则利用修正系数β修正调节因子，将当前调节因子值与修正系数相乘后作为修正后的调节因子值，并根据本次迭代更新后得到的待辨识岩土热物性参数重新设置岩土热响应实验数值模拟模型中待辨识岩土的热物性参数，返回步骤5.3；步骤5.6，判断本次迭代更新前后待辨识岩土热物性参数变化量Δαk与终止容许值ξ之间的关系，若本次前后待辨识岩土热物性参数变化量Δαk小于终止容许值ξ，则停止迭代更新，获取迭代更新结束时岩土热响应实验数值模拟模型中待辨识岩土的热物性参数值，得到待辨识岩土热物性参数的最优解，进入步骤5.7；否则，则利用修正系数β修正调节因子，将当前调节因子值除以修正系数后作为修正后的调节因子值，并根据本次迭代更新后得到的待辨识岩土热物性参数重新设置岩土热响应实验数值模拟模型中待辨识岩土的热物性参数，继续进行迭代更新，返回步骤5.3；步骤5.7，停止对待辨识岩土热物性参数的优化，输出待辨识岩土热物性参数的最优解。

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百度查询： 山东科技大学 一种基于地质分层的岩土热物性参数辨识方法