能源桩传热数学新模型及其在热响应测试的适用性

摘要：

能源桩热响应测试时,确定数学模型和选择参数反演方法是及时、有效确定桩周土热物性参数的关键因素.为此,首先,根据能源桩内循环回路的径向位置,基于能量守恒原理,提出圆柱面热源在复合介质内层传热的数学模型,并通过拉普拉斯变换、逆变换求得解析解;其次,使用COMSOL建立具有螺旋循环回路的能源桩数值模型,分别模拟混凝土能源桩在饱和黏土和干黏土中为期7 d的热响应测试,并记录桩表面温度;第三,比较目前常用的参数反演方法,确定采用模式搜索法作为参数反演方法;最后,分别使用无限长线热源模型、实心圆柱面热源模型、位于复合介质界面处的圆柱面热源模型以及本文模型,根据记录数据反演热物性参数,并与数值模型输入值比较,明确上述数学模型反演结果的准确度.研究结果表明:当桩周土为饱和黏土时,桩?土的热物性差异较小,采用向两侧同时传热的圆柱面热源模型反演结果的相对误差均在10％以内;当桩周土为干黏土时,桩?土的热物性差异较大,仅本文模型反演结果的相对误差在10％以内,导热系数和热扩散系数的相对误差分别为6.66％和0.29％.本模型反演结果的准确性受能源桩桩径和桩?土热物性差异的影响较小.在实际热响应测试过程中,能源桩桩径较大、土体热物性未知,采用本模型更适宜.

关键词：能源桩、数学模型、热响应测试、热物性、参数反演

所属期刊栏目：53

分类号：TU473.1(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金52078274

在线出版日期：2023-02-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：4731-4740