[发明专利]一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术

权利要求书

1.一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，包括以下步骤：

一、建立传导层与传导-对流层的垂向温度分布一维数学模型；

二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导-对流模型各层内的温度及温度梯度分布方程；

三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；

四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程，求得温度及温度梯度与埋深的通项公式；

五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，分析不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；

六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。

2.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤一中的传导层与传导对流层均假设为各向同性的均质导热体，地下岩体由理想的隔水岩层组成，且不存在任何的水流渗透作用，具体方法为：

传导层内，垂向上的温度分布可用一维的数学模型表示：此方程解析解为：传导－对流层内，受地下水活动影响，温度场同时受到传导及对流的控制。流体在地质中较快运动时，其移动区域与围岩间存在一定的温度差，存在热交换现象。此时一维的数学模型表示为：当渗透系数较大且深部存在高压，地下水将做大范围的垂向运动，但移动速度较小，地下水运移时间较长。在此过程中水体与围岩充分接触，来自深部较高温的水流对围岩进行缓慢加热，水流和围岩的温度差较小，二者的热交换可忽略不计，故取a＝0，方程可简化为：当水流运移时间t→∞时，水流与围岩间达到热平衡，可视作稳态现象，方程变为：基于假设，则方程的解析解为：

其中T0、T1为上、下边界的已知温度；v_z为地下水垂向上的渗流速度，单位为m³/s；垂向上岩体总厚度为h；a为地下水和围岩间的热交换系数；k为地下水和岩石混合物的热导率，单位为W·(m·K)-1；cw、ρw为地下水的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3；c1、ρ1为地下水和岩石混合物的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3；T为地下水和岩石混合物的温度，单位为℃；n为围岩的孔隙度；Tc为围岩的温度，单位为℃；z为埋深，单位为m；t为时间，单位为s。

3.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤二中的温度分布方程为：

①上部传导型区内的温度分布：

温度梯度为：

②中部传导-对流区内各层的温度分布为：

温度梯度为：

③下部传导型区内的温度分布：

温度梯度为：。