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龍圖騰網獲悉中國科學院西北生態環境資源研究院申請的專利一種考慮風速的寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布預測方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN119537757B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-23發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202411991552.3，技術領域涉及：G06F17/10；該發明授權一種考慮風速的寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布預測方法是由張力杰;穆彥虎;李凌潔;丁澤琨;楊翔設計研發完成，并于2024-12-31向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種考慮風速的寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布預測方法在說明書摘要公布了：本發明公開了一種考慮風速的寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布預測方法，先求解寒區隧道軸向溫度場，再求解寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布，然后求解隧道內風速，對隧道內風速和寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布進行迭代計算求解，對寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布進行預測，預測值與實測值較為接近，具有良好的工程應用前景。

本發明授權一種考慮風速的寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布預測方法在權利要求書中公布了：1.一種考慮風速的寒區隧道內的最冷月氣溫軸向分布預測方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，求解中間參數和中間參數 α11、α21、α31和α41均為中間參數，其中： 矩陣S為： 矩陣S11、S21、S31、S41分別為： 式中：h為隧道結構與空氣的對流換熱系數，單位為W·m-2·℃-1；λ1、λ2、λ3分別為保溫層、襯砌混凝土、圍巖的導熱系數，單位均為W·m-1·℃-1；r0、r1、r2、r3分別為保溫層內側半徑、保溫層與襯砌混凝土交界面半徑、襯砌混凝土與圍巖交界面半徑、當徑向深度到達一定值時溫度不隨時間變化圍巖的半徑，即隧道結構外邊界半徑，單位均為m； 求解中間參數F1r0,s,h，k1為保溫層的熱擴散系數，單位為m2·s-1；I0·和K0·分別為第一類0階和第二類0階虛宗量貝塞爾函數；s為中間參數，s＝iω，ω為年變化頻率，單位為s-1；i為虛數單位；β11r0,s,h和β21r0,s,h為中間參數，其中： 矩陣S'為： 矩陣S'11、S'21分別如下： 式中：I1·和K1·分別為第一類1階和第二類1階虛宗量貝塞爾函數；k2、k3分別為襯砌混凝土、圍巖的熱擴散系數，單位為m2·s-1； 步驟2，求解寒區隧道軸向溫度場； 求解進深為z處隧道內氣溫的年平均值的過程值單位為℃，其中z為進深，單位為m： 式中：LM為隧道內氣溫的年平均值的過程值進口段和出口段分界點的進深，單位為m；h1和h2分別為隧道進口段和出口段隧道結構與空氣的對流換熱系數，單位為W·m-2·℃-1，其中h1＝3.36v1+6.32、h2＝3.36v2+6.32；v1和v2分別為隧道內進口段和出口段的風速，單位為m·s-1；TM,0和TM,L分別為隧道進口和出口氣溫的年平均值，單位為℃；L為隧道長度，單位為m；ρ為隧道內空氣密度，單位為kg·m-3；c為空氣比熱容，單位為J·kg-1·℃-1； 均為中間參數，當h＝h1時，當h＝h2時，Ts為隧道結構外邊界溫度，即隧道結構外邊界半徑r3處的溫度，單位為℃，其可通過下式計算： 式中：Tc為恒溫層圍巖溫度，單位為℃，恒溫層指從地表向下達到一定深度時，溫度不再隨時間變化、保持常年不變的地帶；為隧道全長的平均埋深，單位為m；R0為隧道圍巖溫度場影響深度，單位為m；R1為恒溫層埋深，單位為m；K為地溫梯度，單位為℃·m-1； LM通過下式確定： 求解進深為z處隧道內氣溫的年振幅值TAz，單位為℃： 式中：LA為隧道內氣溫的年振幅值進口段和出口段分界點的進深，單位為m；TA,0和TA,L分別為隧道進口和出口氣溫的年振幅值，單位為℃；Re·為虛數的實部部分；F1r0,iω,h1、F1r0,iω,h2為中間參數，當h＝h1、s＝iω時，F1r0,iω,h1＝F1r0,s,h；當h＝h2、s＝iω時，F1r0,iω,h2＝F1r0,s,h； LA通過下式確定： 步驟3，求解寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布的過程值Tcmz，單位為℃： 其中：τ為一自變量； 步驟4，隧道內風速和寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布的迭代計算求解： 初始假定隧道內進口段和出口段的風速v1和v2，在隧道內空氣密度ρ未知的情況下采用步驟1至步驟3，求解寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布的過程值Tcmz；其中，此時隧道內空氣密度ρ取最冷月隧道內空氣密度ρ0，單位為kg·m3，即有ρ＝ρ0；在求解LM和LA時，令ρ0＝ρ'avg，ρ'avg為隧址區空氣密度的年平均值，單位為kg·m-3，其計算式為ρ'in和ρ'out分別為隧道進口和出口的空氣密度年平均值，單位為kg·m-3； 求解得到Tcmz后，采用下式計算隧道內等效最冷月氣溫單位為℃： 然后將最終僅含有一個未知數ρ0的隧道內等效最冷月氣溫帶入下式，結合其它參數值，從而計算得到最冷月隧道內空氣密度ρ0，計算結果精確至0.001kg·m-3： 式中：Tm,in為隧址區的最冷月氣溫，單位為℃；ΔT為開氏溫度和攝氏溫度之差，其值為273℃；ρavg為最冷月隧址區的空氣密度，單位為kg·m-3，其計算式為其中，ρin和ρout分別為最冷月隧道進口和出口的空氣密度，單位為kg·m-3，其計算式分別為和其中，Tm,0和Tm,L分別為隧道進口和出口的最冷月氣溫，單位為℃； 求解得到ρ0后，通過超凈壓差、熱位差以及風墻壓差求解迭代更新后的隧道內等效進口段和出口段風速v1'和v2'，單位為m·s-1，具體步驟如下： 隧道進口段的超凈壓差ΔP1和出口段的超凈壓差ΔP'1，單位均為Pa，計算式分別為ΔP1＝0.6ρavgva 2和ΔP'1＝0.6ρavgvb 2； 隧道進口段的熱位差ΔP2和出口段的熱位差ΔP'2，單位均為Pa，計算式分別為和 隧道進口段的風墻壓差ΔP3和出口段的風墻壓差ΔP'3，單位均為Pa，計算式分別為和 式中：va和vb分別為由隧道外流向進口、出口方向的自然風風速，單位為m·s-1；g為重力加速度，單位為m·s-2；ΔH和ΔH'分別為隧道內最高點海拔與隧道進口、隧道出口海拔的差值，單位為m； 根據和計算v'1和v'2，計算結果需精確至0.1m·s-1；其中，λr為隧道壁面摩擦損失系數；ζe為隧道洞口損失系數；D為隧道水力直徑，單位為m； 此時將求解得到的v1'、v2'作為新的v1、v2，再次求解Tcmz，如此不斷反復，直至v1'＝v1、v2'＝v2，此時得到迭代后的v1、v2以及ρ0； 步驟5，依據步驟4通過不斷迭代后最終得到的v1、v2以及ρ0，最后在該值的基礎上求解寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布的最終值Tcm'z，單位為℃，此時仍然取ρ＝ρ0，隧道埋深不再取隧道全長的平均埋深而是取進深為z處的隧道埋深Hz，單位為m，計算步驟中的Ts替換為進深為z處的隧道結構外邊界溫度，即進深為z處隧道結構外邊界半徑r3處的溫度Tsz，單位為℃，其計算式如下： Tsz＝Tc+[Hz-R0-R1]K 此時，進深為z處隧道內氣溫的年平均值的最終值TM'z的計算式如下： 式中：L'M為隧道內氣溫的年平均值的最終值進口段和出口段分界點的進深L'M，單位為m； L'M的計算式為： 式中：x為一自變量，Hx為將Hz中z替換為x后的值，HL-x為將Hz中z替換為L-x后的值；H'z為從出口到進口方向上反向進深為z處的隧道埋深，單位為m，其計算式為H'z＝HL-z，當z替換為x后，可得H'x＝HL-x； 通過下式求解得到寒區隧道內最冷月氣溫軸向分布的最終值Tcm'z：

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