基于光纤系统的物理相似模型温度分布与演化特征

发布时间：2019-08-27 20:59

【摘要】：为减小水分因素引起的模型试验相似误差,提出了用温度特征确定模型干燥过程的干燥时间(判断模型试验开挖)的方法。建立了光纤传感测温系统,提出克里金空间插值法的估值公式计算模型温度,给出物理模型的温度变异函数表达式。开展了3.0 m×1.2 m×0.2 m二维模型和3.6 m×2.0 m×2.0 m三维模型温度监测试验,监测时间分别超过65,310 d,绘制出模型温度分布云图,探讨了模型干燥(试验开挖)的判断方法。研究表明,模型干燥存在水化放热和液-气相态转变的不同过程,模型温度场演化具有明显的阶段特征,最大温差分别为3.0,4.8℃。干燥后期呈现出竖直方向上高下低的温度梯度,水平方向大致相同的特征,其中低温核区下移并消失是判断模型干燥完成的标志,可作为试验开挖的判断指标。二维模型干燥时间为47 d左右,三维模型干燥时间为213 d左右。
【图文】：

扑闳?重的克里金法的线性方程组γ11…γ1n1鐤鐤鐤γn1…γnn11…10λ1鐤λnμ=γ01鐤λ0n1(4)式中，γij=γ(xi－xj)为距离为xi和xj之间的变异函数值;μ为求估计值方差极小值时引入的拉格朗日乘数。通过求解式(4)可得到所有的权重λ1，…，λn，，进而通过式(3)求得估计值T*。2.2物理模型温度变异函数及插值精度验证借助克里金插值法，利用7个已知温度点来计算某一未知点的温度值，其位置点编号、坐标和温度值见表1，空间位置关系如图1所示。表1采样点的位置坐标及温度测量值Table1Positioncoordinatesofsamplingpointsandtemperaturemeasurements位置编号X/mZ/m温度/℃11.01.111.5721.51.112.1332.01.112.8441.50.813.5151.00.614.8561.50.614.9172.00.614.6281.51.0估值点图1模型中已知点和估计点的样本位置Fig.1Samplelocationofknownpointandestimatedpointinthemodel通过计算已知温度点在不同分离距离下的样本函数值，将其拟合得到物理模型的温度变异函数γ=2.3+81+10(68－x)0.066R2=0.86{(5)1148

第5期柴敬等:基于光纤系统的物理相似模型温度分布与演化特征其温度变异函数曲线如图2所示。图2相似物理模型的温度变异函数曲线Fig.2Physicalmodelofthetemperaturevariogram联立式(4)和(5)，可得所有的权重和拉格朗日数矩阵式(6)，通过求解式(6)可得λ1=－0.11;λ2=－0.19;λ3=－0.37;λ4=2.98;λ5=－0.42;λ6=－0.41;λ7=－0.48。最终，将权重和已知点的温度值代入式(3)，即可得到待确定位置的温度估计值为12.56℃。γ11γ12γ13γ14γ15γ16γ171γ21γ22γ23γ24γ25γ26γ271γ31γ32γ33γ34γ35γ36γ371γ41γ42γ43γ44γ45γ46γ471γ51γ52γ53γ54γ55γ56γ571γ61γ62γ63γ64γ65γ66γ671γ71γ72γ73γ74γ75γ76γ77111111110λ1λ2λ3λ4λ5λ6λ7μ=γ01γ02γ03γ04γ05γ06γ071(6)图3(a)是光纤光栅温度测量得到的模型温度分布，图3(b)是DTS分布式光纤测量结合光纤光栅温度测量得到的模型温度分布。从图3可以发现，仅有光纤光栅测量时，得到的模型温度分布较为粗略，温度信息分辨率低，尤其是模型左上部。当结合DTS分布式光纤测试以后，模型温度分布信息更精细，特别是细化了模型左上部的温度分布，更全面的反映了模型温度分布规律。由此可知，DTS分布式光纤测量数据对于提高模型测温的准确性，获取模型全场温度分布规律具有重要作用。本试验中采用的插值方法结合克里金法，已知点采用动态选取，这
【作者单位】： 西安科技大学能源学院;教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(41027002) 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20126121110003)
【分类号】：TD315


本文编号：2529975