一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法和装置，该方法包括获取研究区的背景资料；根据背景资料建立研究区的三维地质模型；根据研究区的水位和地温场分布，确定三维地质模型的渗流和温度初始条件；根据研究区的地热流体流动特征、补给排泄情况，确定三维地质模型的渗流和温度边界条件；将所述隧道简化为线性几何模型，并将隧道的线性几何模型添加到研究区的三维地质模型中，构成模拟隧道通风效果的研究模型；为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件；为所述研究模型中隧道入口构建描述入口温度随时间变化的温度周期函数；基于初始条件、边界条件和温度周期函数，利用研究模型来预测隧道和其周围围岩的温度变化、优化通风频率和速度。

【技术实现步骤摘要】
一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法和装置
本专利技术涉及隧道通风模拟分析与仿真领域，尤其涉及一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法和装置以及存储介质和电子设备。
技术介绍
温度是影响隧道设计、施工和维护的重要环境因素，特别是在高温或寒冷地区。例如：新疆齐热河塔尔水电站的引水隧洞在施工期气温高达98℃，而西藏嘎隆拉隧道却每年遭受约8个月的冰冻期，最低气温为-28℃。由于环境温度的变化会导致隧道衬砌和围岩的温度变化，高温或冻结不仅会降低极端温度地区隧道装饰材料和衬砌的使用寿命，而且还会对施工人员、乘客和维修人员的生理和心理造成不利影响。因此，了解隧道和围岩中的温度分布对保温层设计和机械通风方案具有重要意义。目前，数值模拟被广泛地用于了解、预测隧道和围岩中的温度场变化。然而，隧道直径(十米左右)和隧道长度(几千米到几十千米)之间的差异给网格划分和计算带来了极大的困难，因此目前的研究要么是对整个隧道的二维模型进行模拟，要么是对一小段隧道的三维模型进行模拟，难以满足实际工程的需要。由于超长深埋隧道在轴线方向上往往穿越不同的地质单元和断层，因此，如何建立包括整个隧道在内的三维模型来预测隧道和围岩中的温度变化、优化通风频率和速度是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，为了克服上述方案的不足，本专利技术提出一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法和装置以及存储介质和电子设备。根据本专利技术的一个实施例，一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其包括以下步骤：获取研究区的背景资料；根据研究区的背景资料建立研究区的三维地质模型；根据研究区的水位和地温场分布，确定三维地质模型的渗流和温度初始条件；根据研究区的地热流体流动特征、补给排泄情况，确定三维地质模型的渗流和温度边界条件；根据研究区中隧道的走向，将所述隧道简化为线性几何模型，并将隧道的线性几何模型添加到研究区的三维地质模型中，构成用于模拟隧道通风效果的研究模型；根据研究区中隧道通风口的温度分布和空气流动情况，为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件；根据研究区中隧道入口的温度分布情况，为所述研究模型中隧道入口构建用于描述入口温度随时间变化的温度周期函数；基于所述初始条件、边界条件和温度周期函数，利用所述研究模型来预测隧道和其周围围岩的温度变化、优化通风频率和速度。根据本专利技术的一个实施例，上述研究区的背景资料包括地质背景资料、地热地质背景资料和水文地质背景资料。根据本专利技术的一个实施例，上述根据研究区的背景资料建立研究区的三维地质模型，包括：通过分析研究区的地质背景资料确定研究区的各地层的岩性、厚度、分布及其断层的分布；通过分析研究区的地热地质背景资料确定研究区的恒温带深度、热储盖层的地热梯度、热储的温度和地热异常区范围；通过分析研究区的水文地质背景资料确定研究区的地热流体与大气降水、常温地下水和不同热储间地热流体的相互关系，并分析热流体的来源、储集、运移、排泄条件；基于通过分析研究区的背景资料所确定的结果构建研究区各层界面的参数化曲面，由此建立研究区的三维地质模型。根据本专利技术的一个实施例，上述线性几何模型为一维线性几何模型。根据本专利技术的一个实施例，上述根据研究区中隧道通风口的温度分布和空气流动情况，为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件，包括：采用等效换热系数来表征隧道中的空气与隧道的二衬、保温层、初衬和围岩的换热过程。根据本专利技术的一个实施例，上述根据研究区中隧道入口的温度分布情况，为所述研究模型中隧道入口构建用于描述入口温度随时间变化的温度周期函数，包括：结合研究区所在地的平均气温的变化，为所述研究模型中隧道入口构建用于描述入口温度随时间变化的温度周期函数。根据本专利技术的一个实施例，上述研究区所在地的平均气温的变化为研究区所在地的月平均气温的变化。另外，本专利技术还提供一种深埋超长隧道通风效果的模拟装置，其包括：背景资料获取模块，用于获取研究区的背景资料；地质模型建立模块，用于根据研究区的背景资料建立研究区的三维地质模型；初始条件分析模块，用于根据研究区的水位和地温场分布，确定三维地质模型的渗流和温度初始条件；边界条件分析模块，用于根据研究区的地热流体流动特征、补给排泄情况，确定三维地质模型的渗流和温度边界条件；通风模型建立模块，用于根据研究区中隧道的走向，将所述隧道简化为线性几何模型，并将隧道的线性几何模型添加到研究区的三维地质模型中，构成用于模拟隧道通风效果的研究模型；通风条件分析模块，用于根据研究区中隧道通风口的温度分布和空气流动情况，为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件；入口温度分析模块，用于根据研究区中隧道入口的温度分布情况，为所述研究模型中隧道入口构建用于描述入口温度随时间变化的温度周期函数；隧道通风模拟模块，用于基于所述初始条件、边界条件和温度周期函数，利用所述研究模型来预测隧道和其周围围岩的温度变化、优化通风频率和速度。另外，本专利技术还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可以被一个或多个处理器执行，以实现如上所述的深埋超长隧道通风效果的模拟方法。此外，本专利技术还提供一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的深埋超长隧道通风效果的模拟方法。与现有技术相比，本专利技术的上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：根据本专利技术的一个方面，提供了一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法，包括：获取研究区的背景资料，包括地质背景、地热地质背景和水文地质背景资料，根据所述背景资料建立研究区的三维地质模型；根据研究区的水位和地温场分布图，分析并确定三维地质模型的渗流和温度初始条件；根据研究区地热流体流动特征、补给排泄情况，分析并确定三维地质模型的渗流和温度边界条件；根据隧道走向，将隧道简化为一维线性几何，并将隧道一维线性几何添加到所述三维地质模型中；为隧道通风口分别设置温度和空气的流入流出边界条件，其中隧道中的空气与二衬、保温层、初衬和围岩的换热过程采用等效换热系数考虑；为隧道入口设置温度随时间变化的周期函数，其中该周期函数可以考虑当地月平均气温的变化。由此，建立包括整个隧道在内的三维模型来预测隧道和围岩的温度变化、优化通风频率和速度。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1(a)～(c)示出了本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取研究区的背景资料，并根据研究区的背景资料建立研究区的三维地质模型；/n根据研究区的水位和地温场分布，确定三维地质模型的渗流和温度初始条件；/n根据研究区的地热流体流动特征、补给排泄情况，确定三维地质模型的渗流和温度边界条件；/n根据研究区中隧道的走向，将所述隧道简化为线性几何模型，并将隧道的线性几何模型添加到研究区的三维地质模型中，构成用于模拟隧道通风效果的研究模型；/n根据研究区中隧道通风口的温度分布和空气流动情况，为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件；/n根据研究区中隧道入口的温度分布情况，为所述研究模型中隧道入口构建用于描述入口温度随时间变化的温度周期函数；/n基于所述初始条件、边界条件和温度周期函数，利用所述研究模型来预测隧道和其周围围岩的温度变化、优化通风频率和速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取研究区的背景资料，并根据研究区的背景资料建立研究区的三维地质模型；
根据研究区的水位和地温场分布，确定三维地质模型的渗流和温度初始条件；
根据研究区的地热流体流动特征、补给排泄情况，确定三维地质模型的渗流和温度边界条件；
根据研究区中隧道的走向，将所述隧道简化为线性几何模型，并将隧道的线性几何模型添加到研究区的三维地质模型中，构成用于模拟隧道通风效果的研究模型；
根据研究区中隧道通风口的温度分布和空气流动情况，为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件；
根据研究区中隧道入口的温度分布情况，为所述研究模型中隧道入口构建用于描述入口温度随时间变化的温度周期函数；
基于所述初始条件、边界条件和温度周期函数，利用所述研究模型来预测隧道和其周围围岩的温度变化、优化通风频率和速度。


2.如权利要求1所述的深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其特征在于：所述研究区的背景资料包括地质背景资料、地热地质背景资料和水文地质背景资料。


3.如权利要求2所述的深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其特征在于，所述根据研究区的背景资料建立研究区的三维地质模型，包括：
通过分析研究区的地质背景资料确定研究区的各地层的岩性、厚度、分布及其断层的分布；
通过分析研究区的地热地质背景资料确定研究区的恒温带深度、热储盖层的地热梯度、热储的温度和地热异常区范围；
通过分析研究区的水文地质背景资料确定研究区的地热流体与大气降水、常温地下水和不同热储间地热流体的相互关系，并分析热流体的来源、储集、运移、排泄条件；
基于通过分析研究区的背景资料所确定的结果构建研究区各层界面的参数化曲面，由此建立研究区的三维地质模型。


4.如权利要求1所述的深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其特征在于：所述线性几何模型为一维线性几何模型。


5.如权利要求1所述的深埋超长隧道通风效果的模拟方法，其特征在于，根据研究区中隧道通风口的温度分布和空气流动情况，为所述研究模型中隧道通风口设置温度边界条件和空气流入流出边界条件，包括：采用等效换热系数来...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志宏，刘桂宏，徐浩然，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11