热态沥青混合料铺筑降温规律的研究
发布时间：2021-03-09 21:04
热态沥青混合料在铺筑时热量不断向外界散失,其温度也逐渐下降。一方面,在低温或大风等对施工不利的条件下,混合料的温度骤降,导致其有效压实时间紧迫,铺筑还没有完成而混合料温度却已降至最低碾压温度以下。另一方面,铺筑温度过低会致使混合料压实不足或产生离析,进而影响路面使用性能。因此,道路工作者需对铺筑阶段沥青混合料的降温规律有所了解,以便根据温度下降情况来决定是否需要选取相应手段或从哪些方面选取手段来延缓混合料的降温速度以保证压实效果。针对上述问题,本文进行了如下研究:第一,基于传热学理论确定了铺筑阶段混合料进行热传递的方式,并对沥青铺层内部及边界的热传递方式进行数学描述,构建了混合料铺筑热扩散的物理模型,并根据该物理模型确定了混合料铺筑热扩散的影响因素。第二,运用有限差分法列出了包含铺层和下承层的铺筑温度场的一系列代数方程,随后采用联立方程组的方法并借助MATLAB数学软件将代数方程组编写成程序代码并合理调用,构建了在具体铺筑条件下的铺筑温度场仿真模型。将仿真温度值与实测温度值对比并检验,结果表明:仿真模型具有准确性与可信性。第三,将混合料铺筑热扩散的影响因素划分为环境因素、铺层因素和下承...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１控制容积的导热分析??
?东北林业大学硕士学位论文???２．３辐射传热??物体间发射和吸收热辐射后的综合结果，称为辐射传热［３２］。实际物体向外辐射的热??流量可用斯忒藩一玻耳兹曼定律的经验修正形式表示［３２］：??ｑ?辐＝ｓｃｒＴ４?（２－１４）??式中——辐射热流密度，Ｗ／ｍ２；?６——物体的发射率，无量纲；??（Ｊ——斯忒藩一玻耳兹曼常量，其值为５．６７ｘＫＴｓＷ／（ｎ＾Ｋ４）；??Ｔ——物体的热力学温度，Ｋ。??沥青路表面辐射传热类型如图２－２所示。进入路面的投入辐射包括太阳直接辐射、??大气散射辐射和大气逆辐射。路面有效辐射包括路面反射和路面辐射两部分｜２］。??太阳总辐射?云层反射??？?少????大气层??太阳直接隔射??大气散射辐射?大气逆辐射??＼?＼?路面反射／?／路面辐射??／／?／?／?／?ｙ?／?Ｘ?／?／?／??路面??图２－２路表面辐射传热类型??２．４路表面洒水蒸发换热??当压路机碾压过沥青铺层时，为防止混合料粘在压路机轮，需在路表面进行适量洒??水。水分蒸发换热的热流量可视为水吸热升温到沸点所需热量和水变为水蒸气所需??热量之和，用式（２－１６）表不［２］：??０水＋?屯，＆?咖１?００亡）士?（２－１５）??式中一一水吸热升温到沸点所需热量，一一水变为水蒸气所需热量，Ｊ；??ｃＭ，?常温常压下水的比热容，４．２乂１０１／（１以°〇）；??水的质量，ｋｇ；??／／Ｋ一一水温，°Ｃ；?一一常压下水变为水蒸气的相变潜热，２．２５７ｘｌ０６Ｊ／ｋｇ。??２．５铺筑热扩散的影响因素??由前文可知，沥青铺层上边界的传热方式为对流传热、辐射传热和路表面洒水蒸发??
?３基于数值解法的铺筑温度场仿真模型及检验???点：将时间坐标２？方向的计算区域划分为若千等份，得到若干个时间节点。空间网格线??与时间网格线的交点（／，／７）代表了时间一空间区域中某节点的位置，相应的温度为ｆ。??每个节点都可看成是以它为中心的一个小区域的代表，这个小区域即元体，如图３－１中??红色阴影部分所示。换言之，内部元体的节点取它的中心，其宽度为Ａｘ；边界元体的??节点则取在边界上，其宽度为Ａｖ／２。??Ｘ?Ｉ?［＜？■；?????上边界十ｉ－１?ｉ?ｉ＋ｌ?Ｎ－ｌ?Ｎ下边界?＇?铺?Ｐ｜，Ｃ１Ｉ＞，｜??Ｐ＋丨平ｐ?Ｉ?Ｉ?｜．?Ｉ?｜?＾??—?ｔｓｏ??ｐ？ｉ?ｘ?Ｔ??工工工５?“?‘承??１１〔ｌ／ｊ?ＩＩ?ＩＩ?ＬＬｉ＾：广?ｘ?ＩＳ?基Ｍ１，ｃ３，又３?．层??Ａｖ?—Ｊ￣??????＾?Ａｘ／２??ｕ；４２??图３－１时间一空间区域的离散化?图３－２路面结构示意图??为将铺筑温度场的计算模型清晰化，将路面结构绘于图３－２。图中（（／＿?＝?０．１，Ｌ，Ａ〇为??铺层第空间节点的温度，°Ｃ；?Ｇ（／?＝?０Ｊ，Ｌ，４２）为下承层第ｆ空间节点的温度，°Ｃ，其中??￣＝匕。：＾，４，；１，（／?＝?１，２，３）为各层材料的密度，比热容及导热系数，单位同前；１指路面??厚度的方向，ｍ。取时间步长为定值Ａｚ＾ＧＯ．ｖＣ／＾ＯＪ丄，６０）。对于铺层，由于压实次数达??到三遍后铺层厚度几乎不再变薄，所以铺层的空ＩＨＩ步长随层厚的变薄发生两次突变。取??初始时刻的空间步长Ａｉｒ，?＝〇．５ｍｍ，为方便纵向比较铺层同一空间节点在不同时间节点的??温度，空间步
【参考文献】：
期刊论文
[1]沥青混合料的温度与有效压实时间关系分析[J]. 张立,黄勇,高崇,李耀业. 交通科技. 2019(02)
[2]热拌公路沥青混合料在低温条件下的铺筑[J]. 于瑞尚. 中国公路. 2018(13)
[3]一维非稳态导热反问题反演管道内壁面温度波动[J]. 熊平,艾红雷,卢涛,王新军. 核动力工程. 2018(02)
[4]基于Matlab导热问题的数值模拟[J]. 徐凯,石利娜,吴东垠. 上海工程技术大学学报. 2016(04)
[5]沥青路面有效压实时间确定方法[J]. 李汉光,高英,张李明,施炎. 现代交通技术. 2016(02)
[6]沥青路面热物性参数试验研究[J]. 张书立. 北方交通. 2014(02)
[7]沥青路面铺筑温度场数值仿真模型[J]. 王黎明,谭忆秋. 北京工业大学学报. 2013(12)
[8]沥青混合料有效压实时间的实测与分析[J]. 尹如军,李玉亭,张占军. 公路. 2001(02)
博士论文
[1]沥青混合料低温铺筑热扩散过程及改进技术研究[D]. 王黎明.哈尔滨工业大学 2013
[2]沥青混合料施工温度控制研究[D]. 吕得保.吉林大学 2011
硕士论文
[1]沥青路面压实质量影响因素研究[D]. 高仲.长安大学 2017
[2]沥青混合料摊铺质量影响因素分析及实时监控系统开发[D]. 阮东伟.长安大学 2017
[3]沥青路面施工过程温度智能监控[D]. 罗程方.长安大学 2017
[4]基于离散元法的沥青混合料压实过程研究[D]. 姬蒙.长安大学 2017
[5]沥青路面摊铺温度场及离析研究[D]. 许彪.长安大学 2016
[6]沥青及沥青混合料热物特性及测试方法研究[D]. 黄慧.长沙理工大学 2010
[7]热拌沥青混合料施工压实过程中温度场变化规律研究[D]. 孙洁.长沙理工大学 2009
[8]热态沥青混合料压实过程变形特性研究[D]. 陈骁.长沙理工大学 2006
本文编号：3073473
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１控制容积的导热分析??
?东北林业大学硕士学位论文???２．３辐射传热??物体间发射和吸收热辐射后的综合结果，称为辐射传热［３２］。实际物体向外辐射的热??流量可用斯忒藩一玻耳兹曼定律的经验修正形式表示［３２］：??ｑ?辐＝ｓｃｒＴ４?（２－１４）??式中——辐射热流密度，Ｗ／ｍ２；?６——物体的发射率，无量纲；??（Ｊ——斯忒藩一玻耳兹曼常量，其值为５．６７ｘＫＴｓＷ／（ｎ＾Ｋ４）；??Ｔ——物体的热力学温度，Ｋ。??沥青路表面辐射传热类型如图２－２所示。进入路面的投入辐射包括太阳直接辐射、??大气散射辐射和大气逆辐射。路面有效辐射包括路面反射和路面辐射两部分｜２］。??太阳总辐射?云层反射??？?少????大气层??太阳直接隔射??大气散射辐射?大气逆辐射??＼?＼?路面反射／?／路面辐射??／／?／?／?／?ｙ?／?Ｘ?／?／?／??路面??图２－２路表面辐射传热类型??２．４路表面洒水蒸发换热??当压路机碾压过沥青铺层时，为防止混合料粘在压路机轮，需在路表面进行适量洒??水。水分蒸发换热的热流量可视为水吸热升温到沸点所需热量和水变为水蒸气所需??热量之和，用式（２－１６）表不［２］：??０水＋?屯，＆?咖１?００亡）士?（２－１５）??式中一一水吸热升温到沸点所需热量，一一水变为水蒸气所需热量，Ｊ；??ｃＭ，?常温常压下水的比热容，４．２乂１０１／（１以°〇）；??水的质量，ｋｇ；??／／Ｋ一一水温，°Ｃ；?一一常压下水变为水蒸气的相变潜热，２．２５７ｘｌ０６Ｊ／ｋｇ。??２．５铺筑热扩散的影响因素??由前文可知，沥青铺层上边界的传热方式为对流传热、辐射传热和路表面洒水蒸发??
?３基于数值解法的铺筑温度场仿真模型及检验???点：将时间坐标２？方向的计算区域划分为若千等份，得到若干个时间节点。空间网格线??与时间网格线的交点（／，／７）代表了时间一空间区域中某节点的位置，相应的温度为ｆ。??每个节点都可看成是以它为中心的一个小区域的代表，这个小区域即元体，如图３－１中??红色阴影部分所示。换言之，内部元体的节点取它的中心，其宽度为Ａｘ；边界元体的??节点则取在边界上，其宽度为Ａｖ／２。??Ｘ?Ｉ?［＜？■；?????上边界十ｉ－１?ｉ?ｉ＋ｌ?Ｎ－ｌ?Ｎ下边界?＇?铺?Ｐ｜，Ｃ１Ｉ＞，｜??Ｐ＋丨平ｐ?Ｉ?Ｉ?｜．?Ｉ?｜?＾??—?ｔｓｏ??ｐ？ｉ?ｘ?Ｔ??工工工５?“?‘承??１１〔ｌ／ｊ?ＩＩ?ＩＩ?ＬＬｉ＾：广?ｘ?ＩＳ?基Ｍ１，ｃ３，又３?．层??Ａｖ?—Ｊ￣??????＾?Ａｘ／２??ｕ；４２??图３－１时间一空间区域的离散化?图３－２路面结构示意图??为将铺筑温度场的计算模型清晰化，将路面结构绘于图３－２。图中（（／＿?＝?０．１，Ｌ，Ａ〇为??铺层第空间节点的温度，°Ｃ；?Ｇ（／?＝?０Ｊ，Ｌ，４２）为下承层第ｆ空间节点的温度，°Ｃ，其中??￣＝匕。：＾，４，；１，（／?＝?１，２，３）为各层材料的密度，比热容及导热系数，单位同前；１指路面??厚度的方向，ｍ。取时间步长为定值Ａｚ＾ＧＯ．ｖＣ／＾ＯＪ丄，６０）。对于铺层，由于压实次数达??到三遍后铺层厚度几乎不再变薄，所以铺层的空ＩＨＩ步长随层厚的变薄发生两次突变。取??初始时刻的空间步长Ａｉｒ，?＝〇．５ｍｍ，为方便纵向比较铺层同一空间节点在不同时间节点的??温度，空间步
【参考文献】：
期刊论文
[1]沥青混合料的温度与有效压实时间关系分析[J]. 张立,黄勇,高崇,李耀业. 交通科技. 2019(02)
[2]热拌公路沥青混合料在低温条件下的铺筑[J]. 于瑞尚. 中国公路. 2018(13)
[3]一维非稳态导热反问题反演管道内壁面温度波动[J]. 熊平,艾红雷,卢涛,王新军. 核动力工程. 2018(02)
[4]基于Matlab导热问题的数值模拟[J]. 徐凯,石利娜,吴东垠. 上海工程技术大学学报. 2016(04)
[5]沥青路面有效压实时间确定方法[J]. 李汉光,高英,张李明,施炎. 现代交通技术. 2016(02)
[6]沥青路面热物性参数试验研究[J]. 张书立. 北方交通. 2014(02)
[7]沥青路面铺筑温度场数值仿真模型[J]. 王黎明,谭忆秋. 北京工业大学学报. 2013(12)
[8]沥青混合料有效压实时间的实测与分析[J]. 尹如军,李玉亭,张占军. 公路. 2001(02)
博士论文
[1]沥青混合料低温铺筑热扩散过程及改进技术研究[D]. 王黎明.哈尔滨工业大学 2013
[2]沥青混合料施工温度控制研究[D]. 吕得保.吉林大学 2011
硕士论文
[1]沥青路面压实质量影响因素研究[D]. 高仲.长安大学 2017
[2]沥青混合料摊铺质量影响因素分析及实时监控系统开发[D]. 阮东伟.长安大学 2017
[3]沥青路面施工过程温度智能监控[D]. 罗程方.长安大学 2017
[4]基于离散元法的沥青混合料压实过程研究[D]. 姬蒙.长安大学 2017
[5]沥青路面摊铺温度场及离析研究[D]. 许彪.长安大学 2016
[6]沥青及沥青混合料热物特性及测试方法研究[D]. 黄慧.长沙理工大学 2010
[7]热拌沥青混合料施工压实过程中温度场变化规律研究[D]. 孙洁.长沙理工大学 2009
[8]热态沥青混合料压实过程变形特性研究[D]. 陈骁.长沙理工大学 2006
本文编号：3073473
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3073473.html
