道路融雪化冰特性实验研究及其数值模拟

论文摘要

冬季路面积雪给道路交通带来了极大的安全隐患,而传统的除雪方式又分别存在一定的局限性,因此探索新的道路融雪化冰方式具有重要的现实意义。热融雪技术是当今人们所研究和关注的焦点,该技术应用在国内外已经得到高度重视,将是未来融化冰雪的主要发展趋势。本文开展了一系列模拟道路融雪化冰实验的系统性能研究,分析研究融雪过程各个特征点温度随加热时间的变化规律、融化率时变规律、道路结构层内温度变化和融化特性等;研究包括加热功率、加热管间距、布置形式等结构因素影响程度,及其融雪化冰作用效果以及融化时间影响。通过加热融化过程能量分析,提出有效衡量道路融雪化冰过程经济性和实效性的表征参数及其计算分析方法。在实验研究的基础上,利用传热学的基本原理,建立物理模型和数学模型,利用有限元传热分析平台,一方面验证计算模型可行性,另一方面进一步分析道路结构层温度场变化及其分布规律。以实际道路和气候条件为例,建立循环流体加热方式的实际道路融雪化冰过程三维模型,计算分析路面融雪化冰实际过程中工作流体温度、流速等参数对系统性能的影响,拓展对融雪化冰过程的认识,为进一步系统设计、运行工况优化提供必要的理论基础和参考数据。

论文目录

• 内容提要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 道路除雪化冰发展历程
• 1.2.2 热融雪技术发展
• 1.2.3 融雪模型
• 1.3 课题研究意义及主要内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 课题研究内容
• 第二章 融雪化冰实验装备及其传热分析
• 2.1 实验设计
• 2.1.1 实验方法和内容
• 2.1.2 实验目的
• 2.1.3 试件布置
• 2.1.4 实验设备及仪器性能参数
• 2.2 道路融雪传热分析及实验参量确定方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 实验结果分析与讨论
• 3.1 实验测量参数分析
• 3.1.1 融化进程与特征点温度比较
• 3.1.2 融化率时变特性
• 3.2 加热功率影响
• 3.2.1 温度场影响规律
• 3.2.2 融化效果比较
• 3.3 加热管间距影响
• 3.3.1 温度场影响规律
• 3.3.2 融化效果比较
• 3.4 布置形式影响
• 3.4.1 温度场影响规律
• 3.4.2 融化效果比较
• 3.5 融化时间影响规律
• 3.6 能量分析
• 3.6.1 能量效率
• 3.6.2 速度效率
• 3.7 本章小结
• 第四章 实验系统模型建立及其验证分析
• 4.1 模型建立
• 4.1.1 数学模型分析
• 4.1.2 几何模型及网格划分
• 4.1.3 定解条件以及参数确定
• 4.2 结果对比分析
• 4.2.1 计算结果与实验数据的比较分析
• 4.2.2 结构层表面的温度分布及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 实际路面融雪过程模拟分析
• 5.1 循环流体道路融雪化冰系统概述
• 5.2 模型的改进及其计算方法
• 5.3 计算结果及其分析
• 5.3.1 平均出口温度变化规律
• 5.3.2 循环流体平均作用功率
• 5.3.3 关于表面平均温度变化及作用影响
• 5.3.4 关于融化时间影响特征
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文的创新和主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract