重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪系统传热特性研究
发布时间：2022-01-11 15:25
我国冬季降雪覆盖范围广,由降雪引起的道路交通安全事故众多,在损害人们生命安全和财产安全的同时,道路积雪结冰给人们的出行造成了极大的不便。重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪系统将流体加热技术与热管加热技术结合起来,是一种节能、高效的道路融雪技术。本文设计、搭建了重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪实验平台,基于复合式实验平台开展了一系列实验研究,在此基础上,建立了流体加热路面和热管加热路面的数值计算模型,验证了模型的可靠性,并进行了复合式系统的数值模拟研究。主要研究内容及成果概括如下:首先,针对哈尔滨冬季的天气状况,设计搭建了真实环境中的重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪系统,依托复合式系统开展实验研究,分析了供热温度、工质流量、环境温度、埋管间距等对路面温变特性的影响,研究了重力热管辅助土壤源热泵对融雪效果的影响,对比分析了变频调节前后系统的能耗情况。其次,建立了流体加热路面和热管加热路面的数值计算模型,通过与实验数据对比,验证了模型的可靠性,将热阻模型引入热管加热路面计算模型,提高了计算速度,为数值模拟热管加热路面提供了保证。最后,基于建立的数值计算模型,分析了流体加热路面系统中,不同...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冰雪路面引起的交通事故目前，作为化学融雪法之一的洒布融雪剂应用最为广泛，主要是由于其成
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文大类，如图 1-2 所示。.2.1.1 物理方法采用物理方法实现融雪化冰主要包括人工清除、机械清除、热力融冰雪制冻结铺装。（1）清除法人工清除法和机械清除法都属于清除法，人工清除法主要依靠人工操作点是可操作性强，缺点是效率低，且耗费人力，安全性差。机械清除方法机械铲冰雪和机械吹雪，其中，机械铲冰雪方法由于机械设备过大，造成与路面接触不充分，致使积雪结冰清除不彻底，往往达不到安全行车标准机械作业时会影响交通，造成交通堵塞；机械吹雪仅适用于未被碾压过的除雪，且需要除雪与降雪实时同步，因此，机械吹雪不适用于公路除雪。，机械设备维护费用较高，总体经济效益不高[11]。
图 2-2 冬季融雪负荷示意图2.2.2.1 积雪升温热负荷路面融雪时，首先将雪的温度由环境温度升高至 0oC，这里将环境温度作为雪的初始温度。其次，雪水的温度继续升高需要一部分热量。两部分热量统称为融雪显热。因此，单位面积升高雪温和雪水温度所需要的热量由下式得： 1 w w 0 snow aq S C t 0 +C 0 t (2-2)式中： ρw——水的密度(kg/m3)；S ——降雪速度(mm/hr)；Cw——水的比热(4.2kJ/kg·oC)；Csnow——雪的比热(2.1kJ/kg·oC)；t0——雪水的温度(oC)；ta——空气的温度(oC)。哈尔滨地区降雪速度按大雪标准选取，为 5mm/h，空气温度按月平均室外温度选取，为-26oC，进而可算出哈尔滨地区升高雪和雪水温度所需的融雪
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国公路学报》道路交通安全专刊征稿[J]. 中国公路学报. 2017(04)
[2]寒区冰雪期城市道路交通冲突与事故预测[J]. 吴立新,程国柱,秦丽辉,翟露露. 交通运输系统工程与信息. 2016(06)
[3]2015年公路交通大数据[J]. 李仪灵. 中国公路. 2016(22)
[4]道路除冰融雪方法研究[J]. 李莺,文思斯. 智能城市. 2016(08)
[5]“十三五”末全国高速公路通车里程将超16万km[J]. 蓝兰. 工程机械文摘. 2016(02)
[6]冰雪天气对路面影响评价研究[J]. 吕勇衡,冯晓新. 市政技术. 2014(04)
[7]快速复合融除冰装置的研究[J]. 朱自成,张学军,徐肖攀,储伟俊,李超新. 机床与液压. 2014(08)
[8]State of the art and practice of pavement anti-icing and de-icing techniques[J]. WenBing Yu,Xin Yi,Ming Guo,Lin Chen. Sciences in Cold and Arid Regions. 2014(01)
[9]路面除冰雪技术研究[J]. 张晓霞,刘慧星,贺中统,高茜. 交通企业管理. 2013(05)
[10]季节性冰冻地区冬季路面温度分布规律[J]. 徐慧宁,张锐,谭忆秋,边鑫. 中国公路学报. 2013(02)
博士论文
[1]流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析[D]. 徐慧宁.哈尔滨工业大学 2011
[2]路面融雪化冰及太阳辐射吸热研究[D]. 黄勇.吉林大学 2010
硕士论文
[1]两相闭式热虹吸管换热及熵产特性研究[D]. 黄晶琪.哈尔滨工业大学 2016
[2]道路融雪化冰—地源热泵复合式系统研究[D]. 王小娟.天津大学 2014
[3]地源热泵空调系统优化设计与能耗分析[D]. 王茜.北京建筑大学 2014
[4]地埋换热系统水力工况及经济性分析[D]. 王广国.河北工程大学 2013
[5]基于神经网络的土壤源热泵系统运行优化控制究[D]. 王桂洋.北京工业大学 2013
[6]隧道温泉水桥面融雪化冰技术研究[D]. 陆凯诠.长安大学 2013
[7]新型LED热管散热器性能研究及其结构优化[D]. 许智.哈尔滨工业大学 2012
[8]基于土壤源热泵路面融雪系统的实验研究[D]. 林艳艳.哈尔滨工业大学 2011
[9]环保型竹醋基融雪剂的制备、应用及对土壤环境影响研究[D]. 李阁男.中南林业科技大学 2011
[10]基于土壤源热泵桥面融雪系统的基础研究[D]. 胡文举.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3583017
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冰雪路面引起的交通事故目前，作为化学融雪法之一的洒布融雪剂应用最为广泛，主要是由于其成
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文大类，如图 1-2 所示。.2.1.1 物理方法采用物理方法实现融雪化冰主要包括人工清除、机械清除、热力融冰雪制冻结铺装。（1）清除法人工清除法和机械清除法都属于清除法，人工清除法主要依靠人工操作点是可操作性强，缺点是效率低，且耗费人力，安全性差。机械清除方法机械铲冰雪和机械吹雪，其中，机械铲冰雪方法由于机械设备过大，造成与路面接触不充分，致使积雪结冰清除不彻底，往往达不到安全行车标准机械作业时会影响交通，造成交通堵塞；机械吹雪仅适用于未被碾压过的除雪，且需要除雪与降雪实时同步，因此，机械吹雪不适用于公路除雪。，机械设备维护费用较高，总体经济效益不高[11]。
图 2-2 冬季融雪负荷示意图2.2.2.1 积雪升温热负荷路面融雪时，首先将雪的温度由环境温度升高至 0oC，这里将环境温度作为雪的初始温度。其次，雪水的温度继续升高需要一部分热量。两部分热量统称为融雪显热。因此，单位面积升高雪温和雪水温度所需要的热量由下式得： 1 w w 0 snow aq S C t 0 +C 0 t (2-2)式中： ρw——水的密度(kg/m3)；S ——降雪速度(mm/hr)；Cw——水的比热(4.2kJ/kg·oC)；Csnow——雪的比热(2.1kJ/kg·oC)；t0——雪水的温度(oC)；ta——空气的温度(oC)。哈尔滨地区降雪速度按大雪标准选取，为 5mm/h，空气温度按月平均室外温度选取，为-26oC，进而可算出哈尔滨地区升高雪和雪水温度所需的融雪
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国公路学报》道路交通安全专刊征稿[J]. 中国公路学报. 2017(04)
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[4]道路除冰融雪方法研究[J]. 李莺,文思斯. 智能城市. 2016(08)
[5]“十三五”末全国高速公路通车里程将超16万km[J]. 蓝兰. 工程机械文摘. 2016(02)
[6]冰雪天气对路面影响评价研究[J]. 吕勇衡,冯晓新. 市政技术. 2014(04)
[7]快速复合融除冰装置的研究[J]. 朱自成,张学军,徐肖攀,储伟俊,李超新. 机床与液压. 2014(08)
[8]State of the art and practice of pavement anti-icing and de-icing techniques[J]. WenBing Yu,Xin Yi,Ming Guo,Lin Chen. Sciences in Cold and Arid Regions. 2014(01)
[9]路面除冰雪技术研究[J]. 张晓霞,刘慧星,贺中统,高茜. 交通企业管理. 2013(05)
[10]季节性冰冻地区冬季路面温度分布规律[J]. 徐慧宁,张锐,谭忆秋,边鑫. 中国公路学报. 2013(02)
博士论文
[1]流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析[D]. 徐慧宁.哈尔滨工业大学 2011
[2]路面融雪化冰及太阳辐射吸热研究[D]. 黄勇.吉林大学 2010
硕士论文
[1]两相闭式热虹吸管换热及熵产特性研究[D]. 黄晶琪.哈尔滨工业大学 2016
[2]道路融雪化冰—地源热泵复合式系统研究[D]. 王小娟.天津大学 2014
[3]地源热泵空调系统优化设计与能耗分析[D]. 王茜.北京建筑大学 2014
[4]地埋换热系统水力工况及经济性分析[D]. 王广国.河北工程大学 2013
[5]基于神经网络的土壤源热泵系统运行优化控制究[D]. 王桂洋.北京工业大学 2013
[6]隧道温泉水桥面融雪化冰技术研究[D]. 陆凯诠.长安大学 2013
[7]新型LED热管散热器性能研究及其结构优化[D]. 许智.哈尔滨工业大学 2012
[8]基于土壤源热泵路面融雪系统的实验研究[D]. 林艳艳.哈尔滨工业大学 2011
[9]环保型竹醋基融雪剂的制备、应用及对土壤环境影响研究[D]. 李阁男.中南林业科技大学 2011
[10]基于土壤源热泵桥面融雪系统的基础研究[D]. 胡文举.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3583017
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