【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地铁热环境研究领域，特别涉及一种地铁区间内空气温度和围岩土体蓄放热量的求解方法。
技术介绍
1、随着中国轨道交通的快速发展，地铁环控系统的能耗控制尤为重要。且由于地铁深埋地下，仅依靠车站出入口、活塞风井及排热风井等来进行通风，导致列车运行产生的热量长期聚集在区间隧道，使得区间隧道内空气温度升高，热环境恶化问题日益突出。故地铁隧道内热环境恶化的问题亟待解决，而解决该问题首先需要了解地铁隧道内热环境的特征。目前针对解地铁隧道内热环境的研究方法主要有以下三种：
2、一种是通过实验，上海理工大学在其申请专利文件“研究地铁区间隧道土壤温湿度场演化规律的实验装置”(专利申请号:cn201510167833.1,申请公布号：cn104749347a)中公开了一种研究地铁区间隧道土壤温湿度场演化规律的实验装置，再现了实际地铁区间隧道内空气与盾构围岩土壤的温湿传递过程，得到地铁区间隧道内盾构土壤热套厚度和温度分布基本规律。但在该实验中不同年限空气边界条件保持恒定，没有考虑到区间隧道温度和围岩土体蓄放热量会随年限发生动态变化。
3、一种是通过理论计算，论文“地铁隧道长期蓄热与机械通风下空气温度变化特性的研究”中根据热力学第一定律、传热学相关知识及force-restore理论建立了年周期下地铁隧道机械通风-土壤蓄热耦合物理模型及数学模型,并对模型进行求解得到了地铁隧道空气温度的预测方程。但以上理论计算基于土壤的导热系数均匀一致的假设得出，忽略了围岩土体温度沿深度方向的变化。
4、一种是通过数值模
5、综上所述，以上地铁隧道内热环境的研究方法都具有一定的局限性，其精确度仍有待考证。
技术实现思路
1、针对地铁隧道内热环境的研究方法都具有一定准确度低、真实度低的局限性问题，结合了理论计算与数值模拟，提出了一种地铁区间气温和围岩土体蓄放热量随年限演化特性的迭代求解方法。将理论计算与数值模拟相结合，通过反复迭代保证了输入隧道空气温度和输出隧道空气温度的一致性，使得到的结果更加接近真实值。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，包括：
4、步骤一：建立区间隧道热量平衡模型，推导出区间隧道逐年逐月平均气温的温度求解公式：
5、
6、式(4)中，ρair─隧道内空气的密度(kg/m3)，cp,air─隧道内空气的定压比热容(j/(kg·℃))，v─活塞风井的有效换气量(m3)，tout,air─隧道外部空气温度(℃)，tin,air─隧道内部空气温度(℃)，qtrain为列车运行产热量(j)，qsoil为围岩土体的蓄放热量(j)；
7、搭建区间隧道缩尺实验台，以某地区实测的随年限恒定的逐月隧道空气温度获取隧道围岩土体初始逐年逐月温度场；
8、隧道围岩土体初始逐年逐月温度场通过温度求解公式，求解出用于迭代过程中的输入的区间隧道初始逐年逐月平均气温；
9、在多孔介质土体传热模拟软件中建立地铁车站区间隧道模型，通过缩尺模型实验得到隧道围岩土体的物性参数，并作为土体侧边界条件；
10、步骤二：将输入的区间隧道逐年逐月平均气温作为隧道空气温度边界条件，输入多孔介质土体传热模拟软件，通过软件模拟计算得出随年限演化的隧道围岩土体逐年逐月温度场；
11、步骤三：对随年限演化的隧道围岩土体逐年逐月温度场进行积分求解，得出随年限演化的围岩土体逐年逐月平均蓄放热量；
12、步骤四：将随年限演化的围岩土体逐年逐月平均蓄放热量代入到温度求解公式中，求解得出迭代过程中的输出的区间隧道逐年逐月平均气温；
13、步骤五：对比迭代过程中输入与输出的区间隧道逐年逐月平均气温；如果二者一致，则求解得出迭代求解的随年限演化的区间隧道逐年逐月平均气温和随年限演化的围岩土体逐年逐月平均蓄放热量；如果二者不一致，则将输出的区间隧道逐年逐月平均气温作为输入的边界条件代入步骤二～五重新进行迭代求解，直到二者一致为止，则求解得出迭代求解的随年限演化的区间隧道逐年逐月平均气温和随年限演化的围岩土体逐年逐月平均蓄放热量。
14、进一步的，步骤一中的获取隧道围岩土体初始逐年逐月温度场的方法为：
15、搭建区间隧道缩尺实验台，围岩土体以该地区车站的某典型年的实测隧道空气温度作为边界条件，利用焓差实验室对区间隧道缩尺实验台内土体送风进行缩尺模型实验，实验中以随年限恒定的逐月隧道空气温度作为区间隧道缩尺实验台内土体的空气温度边界条件；得到多个作用周期对应于实际模型的隧道围岩土体初始逐年逐月温度场。
16、进一步的，步骤一中的隧道围岩土体初始逐年逐月温度场通过温度求解公式，求解出用于迭代过程中的输入的区间隧道初始逐年逐月平均气温，具体为：
17、将隧道围岩土体初始逐年逐月温度场沿深度方向进行积分可求解得出各月围岩土体蓄热总量，并通过后一月与前一月的土体蓄热总量做差，求解得出围岩土体初始逐年逐月平均蓄放热量；
18、获取该地区列车开启和未开启空调的月份内，一个行车密度下区间隧道的热量平均值；获取该地区不同运营时期的列车行车密度；获取该地区空调季和非空调季的区间隧道活塞风井有效换气率；获取常压下，该地区的隧道空气密度、空气的定压比热容；
19、通过获取到的实际数据和温度求解公式，求解得到输入的区间隧道逐年逐月平均气温。
20、进一步的，建立地铁车站区间隧道模型的具体操作为：
21、建立1000*50*1m3的地铁车站区间隧道模型，内部有0.2*1*1000m3模拟的隧道围岩土体，隧道空气的风速选取隧道内的等效风速1.6m/s，通过缩尺模型实验得到隧道围岩土体的物性参数，并作为土体侧边界条件，其中，模拟的隧道围岩土体结构的一部分含有混凝土衬砌。
22、进一步的，步骤一中的区间隧道热量平衡模型为：
23、qtrain+qwind+qsoil＝qair (1)
24、式(1)中，qtrain─列车运行产热量(j)，qwind─活塞风的有效换热量(j)，qsoil─围岩土体的蓄放热量(j)，qair─隧道空气蓄存的热量(j)；
25、步骤一中的温度求解公式的推导过程如下：
26、在区间隧道热量平衡模型中，其中，忽略隧道空气蓄存的热量，即qair＝0；由定理可知：
27、qwind＝ρaircp,airv(tout,air-tin,air) (2)
28、由公式(2)代本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤一中的获取隧道围岩土体初始逐年逐月温度场的方法为：
3.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤一中的隧道围岩土体初始逐年逐月温度场通过温度求解公式，求解出用于迭代过程中的输入的区间隧道初始逐年逐月平均气温，具体为：
4.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，建立地铁车站区间隧道模型的具体操作为：
5.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤一中的区间隧道热量平衡模型为：
6.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤三中对随年限演化的隧道围岩土体逐年逐月温度场进行求解，得出随年限演化的围岩土体逐年逐月平均蓄放热量的具体操作为：
7.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤五的二者一致情
8.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤五中的对比迭代过程中输入与输出的区间隧道逐年逐月平均气温的比较方法为：两者相减得到温差。
9.根据权利要求8的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤五中的两者一致的判断方法为：最大的温差的精度为10-2即可认为两者一致。
10.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤二中的多孔介质传热模拟软件为CHAMP-BES软件、ANSYS软件或COMSOL软件。
...【技术特征摘要】
1.一种区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤一中的获取隧道围岩土体初始逐年逐月温度场的方法为：
3.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤一中的隧道围岩土体初始逐年逐月温度场通过温度求解公式，求解出用于迭代过程中的输入的区间隧道初始逐年逐月平均气温，具体为：
4.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，建立地铁车站区间隧道模型的具体操作为：
5.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤一中的区间隧道热量平衡模型为：
6.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，步骤三中对随年限演化的隧道围岩土体逐年逐月温度场进行求解，得出随年限演化的围岩土体逐年逐月平均蓄放热量的具体操作为：
7.根据权利要求1的区间隧道气温和围岩土体蓄放热量迭代求解方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽慧，朱佳良，左沪，陈薪浩，赖德清，张腾，张诗雨，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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