(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210727560.1 (22)申请日 2022.06.25 (71)申请人 三峡大学 地址 443002 湖北省宜昌市西陵区大 学路8 号 (72)发明人 王峰　宋睿　张傲　周宜红　 赵春菊　熊晓宇　余虎　毛栋　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 易书玄 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06N 3/00(2006.01) G06Q 50/08(2012.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 利用改进ABC算法确定热学参数的大坝温度 预测方法 (57)摘要 本发明涉及利用改进ABC算法确定热学参数 的大坝温度预测方法， 包括： 采集大坝不同部位 的混凝土温度监测数据； 建立各个 混凝土浇筑仓 的有限元模型； 确定热学参数， 并建立目标函数； 利用有限元模 型进行温度仿真模拟计算， 并计算 目标函数值； 利用改进的人工蜂群算法对热学参 数进行迭代反演， 判断得到的热学参数值的优 劣； 重复反演计算， 得到满足要求的热学参数的 取值， 并将计算得到的温度值与混凝土实际温度 值相比较， 达到预期目标后停止迭代反演； 根据 得到的热学参数值， 预测大坝混凝土的温度。 本 发明利用改进ABC算法对热学参数进行反演计 算， 减小了计算的热学参数值与真实值的误差， 提高了大坝温度预测的精度， 有利于对大坝实施 精细化的实时温度调控。 权利要求书3页 说明书12页 附图6页 CN 115017774 A 2022.09.06 CN 115017774 A 1.利用改进ABC算法确定热 学参数的大坝温度预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 采集大坝不同部位的混凝 土温度监测数据； 步骤2： 建立各个混凝 土浇筑仓的有限元模型， 并设定初始条件和边界条件； 步骤3： 确定用于大坝温度预测 的热学参数及其取值范围， 并建立热学参数的目标函 数； 步骤4： 在热学参数的取值范围内随机产生一组初始热学参数值并代入有限元模型进 行温度仿真模拟计算， 得到混凝土浇筑仓内节点处的温度值， 与节点处混凝土的实际温度 一并代入目标函数中， 计算得到目标函数值； 步骤5： 利用基于交叉运算的全局人工蜂群算法对热学参数进行迭代反演， 并利用目标 函数判断得到的热 学参数值的优劣； 步骤6： 重复步骤5， 得到满足 目标函数值要求的热学参数的取值， 并将计算得到的温度 值与混凝 土实际温度值相比较， 达 到预期目标后停止迭代反演； 步骤7： 根据得到的热 学参数值， 预测大坝混凝 土的温度。 2.根据权利要求1所述的大坝温度预测方法， 其特征在于， 步骤1中， 在混凝土浇筑仓内 埋设光纤， 通过光纤测温获取混凝 土内部不同深度处真实温度数据。 3.根据权利要求1所述的大坝温度预测方法， 其特 征在于， 步骤2包括以下子步骤： 步骤2‑1： 在CAD软件中建立起浇筑仓的实体模型， 并从CAD软件中提取浇筑仓的坐标 值， 导入A NSYS软件中， 建立浇 筑仓的有限元模型， 并对 该有限元模 型进行网格划分； 同时对 混凝土材料、 单元属性进行分配赋值； 步骤2‑2： 有限元模型的初始条件包含混凝土的初始温度， 混凝土的初始温度根据现场 的实测数据获得； 将浇筑仓底面和横缝侧面作为绝热边界， 浇筑仓顶面和上下游表面为第 三类温度边界 条件； 混凝土与空气接触时， 假定经过混凝土表面的热流量q与混凝土表面温度T和气温Ta之 差成正比， 第三类传热边界条件的表达式如下： 式中q为热流量； λ为导热系数； 为综合等效气温； β 为混凝土表面放热系数； Ts为混凝 土表面日平均温度； n 为法向方向单位矢量； 步骤2‑3： 边界条件主 要包括外界环境温度和混凝 土的通水冷却； 考虑冷却通水时混凝 土温度的计算式如下： T(t)＝Tωi+(Ti‑Tωi)φi(t)+θ0ψi(t)    (2) 式中T(t)表示混凝土平均温度； e为自然常数； Tωi为第i档冷却通水水温； Ti为i‑1档通 水结束且第i档通水开始时的混凝土温度； φi(t)为第i档通水时的水冷函 数； θ0为最终绝 热 温升； ψi(t)为第i档通水时的水冷温升函数； pi为第i档通水时的水冷参数； ti为流量或水温权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115017774 A 2改变时刻； t为冷却时间； s、 m1、 m2均为待定的系数； 水冷参数的计算式如下： k＝2.09‑1.35 ξ +0.320 ξ2    (7) ξ ＝ λL/cwρwqw    (8) 非金属冷却水 管的等效导温系数计算式为： 式中D为等效冷却柱体直径； b为等效冷却柱体半径； S1、 S2分别为水管布置的水平、 铅直 间距； ρw为水的密度， qw为通水流量， L为水管长度， cw为水的比热， λ为混凝土导热系数； a'为 等效导温系数， c为水管外半径， r0为水管内半径， λ1为水管导热系数； ξ表示与水比热、 水的 密度、 通水流 量、 水管长度有关的中间变量。 4.根据权利要求3所述的大坝温度预测方法， 其特 征在于， 步骤3包括以下子步骤： 步骤3‑1： 确定反演的热学参数及取值范围， 反演的热学参数包括混凝土表面放热系数 β， 混凝土温升规 律参数n、 混凝 土最终绝热温升θ0； 步骤3‑2： 建立热学参数反演的目标函数， 将混凝土热学参数反演问题转变为最优化问 题； 目标函数f(x)的表达式如下： minf(x)x＝(x1,x2,x3,…,xD)∈[Ld,Ud]    (14) 式中x表示该优化问题的可行解， x*表示该优化问题的最优解， x为D维向量， D表示优化 问题的参数数量； T ′ij、 Tij分别表示第j个位置i时刻的混凝土温度计算值、 实测值； p表示测 点位置总数量， q为总时长； Ld、 Ud分别表示 解空间的下界、 上界。 5.根据权利要求 4所述的大坝温度预测方法， 其特 征在于， 步骤4包括以下子步骤： 步骤4‑1： 混凝土温度求解过程是对混凝土的浇筑次序、 大气温度、 浇筑温度、 水化热的 仿真模拟； ANSYS软件不能直接施加混凝土的水化热， 为此将水化热转换为生热率， 生热率即单位 体积混凝土在单位时间内的生热量， 可通过对水泥水化热公式求导得到； 计算得到生热率 后， 再对单 元施加生热率并计算温度场； 生热率的计算式如下： 式中HGEN为混凝土水化生热率； Q为混凝土中产生的热量； p为混凝土密度； c为混凝土 比热； θ( τ )表示混凝土绝热温升； θ ′( τ )表示混凝土绝热温升函数的导数； τ表示混凝土龄权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115017774 A 3