陈 飞 张 兵 廖 丹 刘 鹰 朱国栋 王兰英

(北京特种工程设计研究院，北京 100028)

0 引言

深埋地下工程刚建成时，内部空气温度较低，人员进入后往往感到阴冷与潮湿，难以久处。因此，新建工程通常需要进行一定时间的预加热或升温除湿处理，将工程内的温度提高，这一段升温时间就称为预热期，其传热特点是边界条件为恒热流；当工程内温度稳定在所希望的设定值后，工程预热即可结束，工程进入使用期阶段，其传热特点是边界条件为恒壁温。预热期的结束就是使用期的开始，预热期结束时的温度分布应作为使用期的初始条件参与计算，但是由于该初始条件较为复杂，给求解带来了困难，实际应用时常常对其做适当简化，即假设房间达到恒定温度后，平壁温度仍保持岩体自然温度。本文以某深埋地下工程房间为背景，通过数值模拟的方法，探讨初始条件的简化对实际使用期传热计算造成的影响。

1 模型建立

1.1 工程概况

某地下工程房间长l=15 m，宽b=4 m，起拱高x=2.4 m，拱高f=1.1 m，如图1所示。岩体自然温度T0=19 ℃，导热系数λ=2.4 W/(m·℃)，导温系数a=0.003 1 m2/h，对流换热系数h=7 W/(m2·℃)。房间要求温度Tn=25 ℃，预热期为30 d，热流密度q=8.686 W/m2。

1.2 数学模型

计算时，需将无限长拱形断面坑道换算成无限长当量圆柱体。房间断面面积为：

(1)

故当量半径为：

(2)

根据工程几何特征，采用柱坐标系建模。对于无限长当量圆柱体，沿轴向的温度变化可忽略不计；对于深埋工程，不受地面温度波周期性影响，壁面温度分布均匀，温度场是轴对称的。因而岩体内温度分布仅沿径向发生变化，即一维温度场。……