具体技术细节
[0004] 本发明旨在为了实现短时间内岩土体热物性参数的准确辨识，提出了一种基于热网络法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，获取热响应实验数据，并与基于热网络法建立的地埋管换热器仿真模型进行比较，结合Hoke‑Jeeves算法对岩土热物性参数进行优化，最终实现在短时间内准确岩土热物性参数，为降低岩土源热泵设计成本奠定了基础。
[0005] 本发明采用以下的技术方案：一种基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，包括以下步骤：
S1：构建地埋管换热器实验模型，确定地埋管换热器实验模型包含的结构参数以及岩土所在地理位置与岩土密度；
S2：利用构建的地埋管换热器实验模型，进行原位热响应实验，并记录实验过程中的地埋管换热器的进出口温度和岩土温度数据；
S3：基于S1中地埋管换热器实验模型的结构参数、边界条件及气候参数，并基于热网络法建立相应的地埋管换热器仿真模型；
S4：基于S3所建立的地埋管换热器仿真模型，模拟热响应实验，获得地埋管换热器的进出口温度及岩土温度；
S5：利用S2与S4中的热响应实验数据，结合最小二乘法建立目标函数；
S6：基于Hoke‑Jeeves算法（模式搜索算法），对目标函数进行优化，获得目标函数的最优解；
S7：输出目标函数的最优解，确定岩土热物性参数。
[0006] 进一步地，所述S1中岩土热物性参数包括岩土导热系数及恒压热容。
[0007] 进一步地，所述S1中地埋管换热器实验模型，由地埋管换热器、岩土、温度传感器和数据记录仪组成；地埋管换热器位于岩土中，温度传感器布置在岩土及地埋管换热器进出口处，数据记录仪用于记录温度传感器的逐时温度数据，所述地埋管换热器由U型管、回填材料及钻孔组成。
[0008] 进一步地，所述S1中地埋管换热器实验模型的结构参数包括U型管内径、U型管壁厚、U型管中心距、U型管管长和钻孔深度。
[0009] 进一步地，所述S2中地埋管换热器实验模型所涉及的实验参数包括U型管导热系数、实验时长、加热功率、管内流体的密度及比热容、岩土的初始温度和实验过程中的空气温度。
[0010] 进一步地，所述S5中目标函数如公式（1）所示： （1）；
公式（1）中，为目标函数； 为测点的数量；为模拟步长； 为地埋管换热器仿真模型在第 个测点，时刻 时的温度； 为地埋管换热器实验模型在第 个测点，时刻时的温度。
[0011] 进一步地，所述S6进一步表示为：S6.1，设定岩土热物性参数初始值 ，个坐标方向 ,初始步长 ，加速
因子 ，缩减率 ，允许误差 ，并设置 ， ， ；
S6.2，计算 ，若 ，则设 ，转至
S6.4；否则，转到S6.3；
S6.3，计算 ，若 ，则设 ，并转至
S6.4；否则， ；
S6.4，若 ，则 ，转至S6.2；否则，转至S6.5；
S6.5，若 ，转至S6.6；否则，转至S6.7；
S6.6，令 ，则设 ， ， ，转至
S6.2；
S6.7，若步长 ，则退出迭代，输出最优解 ；否则，设 ， ，
，令 ， ，转至S6.2。
[0012] 步骤S3所建立的地埋管换热器仿真模型基于热网络方法，考虑了U型管与岩土垂直方向上的离散域，其中每个节点深度包括5个热容和6个热阻；该仿真模型中，地埋管换热器流体节点的瞬态能量方程如公式（2）和公式（3）所示：
（2）
（3）
公式（2）中， 为深度 处，入口侧U型管管内流体温度（℃）， 为深度 处，出口侧U型管管内流体温度（℃），为管内流体速度（m/s）， 为流体热容（J/℃）， 为入口侧U型管至钻孔壁间回填材料的热阻（℃/W）， 为管道节点间回填材料的热阻（℃/W）；公式（2）中， 为深度 处入口侧U型管管壁温度（℃），公式（3）中， 为深度 处出口侧U型管管壁温度（℃）， 为出口侧U型管至钻孔壁间回填材料的热阻（℃/W）；
该仿真模型中，地埋管换热器灌浆节点的能量方程如公式（4）和公式（5）所示：
（4）
（5）
公式（4）中， 为入口侧U型管附近回填材料的热容（J/℃）， 为钻孔回填材料节点间的热阻（℃/W）， 为岩土的热阻（℃/W）， 为深度 处岩土的温度（℃）；公式（5）中为出口侧U型管附近回填材料的热容（J/℃）；
该仿真模型中，岩土节点能量方程如下式所示：
（6）
公式（6）中， 为岩土的热容（J/℃）， 为岩土的热阻（℃/W）， 为深度 处岩土的温度（℃）；
该仿真模型中，地埋管换热器的数值解如公式（7）‑公式（11）所示：
入口侧U型管节点 ，在时刻 时的管内流体温度为：
（7）
出口侧U型管节点 ，在时刻 时的管内流体温度为：
（8）
入口侧U型管附近回填材料在节点 ，第 时刻的温度为：
（9）
出口侧U型管附近回填材料在节点 ，第 时刻的温度为：
（10）
岩土在节点 ，第 时刻的温度为：
（11）。
[0013] 本发明具有如下有益效果：本发明通过结合原位热响应实验与仿真模拟方法，提出了一种基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法；基于热网络法建立地埋管换热器仿真模型，实现对地埋管热行为的短期预测；利用Hoke‑Jeeves算法对目标函数进行优化，最终获取岩土的热物性参数；该方法在保证岩土热物性参数辨识准确度的同时，缩短了热响应实验的实验时长，节约了热响应实验的成本，为指导岩土源热泵系统的建立奠定了基础。
法律保护范围
涉及权利要求数量7：其中独权1项，从权-1项
1.一种基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建地埋管换热器实验模型，确定地埋管换热器实验模型包含的结构参数以及岩土所在地理位置与岩土密度；
S2：利用构建的地埋管换热器实验模型，进行原位热响应实验，并记录实验过程中的地埋管换热器的进出口温度和岩土温度数据；
S3：基于S1中地埋管换热器实验模型的结构参数、边界条件及气候参数，并基于热网络法建立相应的地埋管换热器仿真模型；
S4：基于S3所建立的地埋管换热器仿真模型，模拟热响应实验，获得地埋管换热器的进出口温度及岩土温度；
S5：利用S2与S4中的热响应实验数据，结合最小二乘法建立目标函数；
S6：基于Hoke‑Jeeves算法，对目标函数进行优化，获得目标函数的最优解；
S7：输出目标函数的最优解，确定岩土热物性参数。
2.根据权利要求1所述的基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，所述S7中岩土热物性参数包括岩土导热系数及恒压热容。
3.根据权利要求1所述的基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，所述S1中地埋管换热器实验模型，由地埋管换热器、岩土、温度传感器和数据记录仪组成；地埋管换热器位于岩土中，温度传感器布置在岩土及地埋管换热器进出口处，数据记录仪用于记录温度传感器的逐时温度数据，所述地埋管换热器由U型管、回填材料及钻孔组成。
4.根据权利要求1所述的基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，所述S1中地埋管换热器实验模型的结构参数包括U型管内径、U型管壁厚、U型管中心距、U型管管长和钻孔深度。
5.根据权利要求1所述的基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，所述S2中地埋管换热器实验模型所涉及的实验参数包括U型管导热系数、实验时长、加热功率、管内流体的密度及比热容、岩土的初始温度和实验过程中的空气温度。
6.根据权利要求1所述的基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，所述S5中目标函数如公式（1）所示：
（1）；
公式（1）中，为目标函数；为测点的数量；为模拟步长； 为地埋管换热器仿真模型在第 个测点，时刻 时的温度； 为地埋管换热器实验模型在第 个测点，时刻 时的温度。
7.根据权利要求1所述的基于热网络法的岩土热物性参数辨识方法，其特征在于，所述S6进一步表示为：
S6.1，设定岩土热物性参数初始值 ，个坐标方向 ，初始步长 ，加速因子，缩减率 ，允许误差 ，并设置 ， ， ；
S6.2，计算 ，若 ，则设 ，转至S6.4；否
则，转到S6.3；
S6.3，计算 ，若 ，则设 ，并转至S6.4；
否则， ；
S6.4，若 ，则 ，转至S6.2；否则，转至S6.5；
S6.5，若 ，转至S6.6；否则，转至S6.7；
S6.6，令 ，则设 ， ， ，转至S6.2；
S6.7，若步长 ，则退出迭代，输出最优解 ；否则，设 ， ， ，
令 ， ，转至S6.2。
