混凝土路面碳纤维发热线融雪化冰研究

发布时间：2017-10-07 15:22

  本文关键词：混凝土路面碳纤维发热线融雪化冰研究

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【摘要】：目前,国内外普遍认识到使用碳纤维发热线融化路面积雪的优点,并对此进行了大量的试验研究。但由于受到试验条件的限制,研究的局限性较大,试验结果的稳定性也较差。因此,本文采用有限元法分析了布置碳纤维发热线的混凝土路面融雪化冰的性能。利用ANSYS热分析模块,建立了布置碳纤维发热线的混凝土路面的有限元分析模型,考虑发热线布置间距、环境温度、风力等级、积雪厚度以及输入功率等参数的影响,计算了1440种不同情况下的混凝土路面的温度-时间曲线。得到了如下主要结论： (1)结合热力学理论,分析了布置碳纤维发热线的混凝土路面融雪化冰系统热量传递、对流换热以及相变等过程。在ANSYS软件热分析模块中选取了合理的数值分析模型并确定了边界条件。考虑分层融雪的特点,优化了模型单元网格划分,以兼顾计算的效率与精度； (2)与室内外试验结果的对比证明了本文提出的有限元分析模型及计算方法的正确性： (3)融雪化冰的时间分别与碳纤维发热线间距、环境温度和输入功率成反比,与冰层厚度和风力等级成正比,融雪化冰的效率受碳纤维发热线间距、输入功率、环境温度、冰层厚度和风力等级等多因素影响,但碳纤维发热线间距及输入功率对其影响较大。当其他条件保持不变时,随积雪厚度的增加,风速变化对系统融雪化冰效率影响减小； (4)总结了不同情况下冰雪完全融化所需要的时间,可为工程设计提供参考。当碳纤维发热线布置间距、环境温度、风力等级和积雪厚度已知时,可按照时间要求选定系统的输入功率以达到融雪化冰的目的。
【关键词】：融雪化冰 工程设计 有限元分析 碳纤维发热线
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U416.216
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外融雪化冰方法的研究概况10-19
• 1.2.1 融雪化冰方法简介10-11
• 1.2.2 清除法11-12
• 1.2.3 化学融雪法12-13
• 1.2.4 导电混凝土法13-16
• 1.2.5 路面加热系统16-18
• 1.2.6 其他方法18-19
• 1.3 融雪化冰方法总结与对比19
• 1.4 本文的主要内容及研究意义19-22
• 2 布置碳纤维发热线混凝土板融雪化冰原理及ANSYS热分析计算22-30
• 2.1 前言22
• 2.2 传热学基本理论22-28
• 2.2.1 传热学的基本概念22-23
• 2.2.2 热力学能量方程23-24
• 2.2.3 模型假定及定解条件24-27
• 2.2.4 相变分析27-28
• 2.3 ANSYS热分析计算28-29
• 2.4 小结29-30
• 3 有限元模型的建立及验证30-48
• 3.1 模型参数选取30-37
• 3.1.1 设计参数30-33
• 3.1.2 物理参数33-35
• 3.1.3 环境参数35-36
• 3.1.4 边界条件建立36-37
• 3.2 网格划分及温度分布37-42
• 3.2.1 网格划分37-39
• 3.2.2 碳纤维发热线加热系统温度分布39-42
• 3.3 计算模型验证42-47
• 3.3.1 试验基本情况42-43
• 3.2.2 计算结果与试验结果对比43-47
• 3.4 小结47-48
• 4 有限元计算结果及分析讨论48-112
• 4.1 有限元计算参数选取及计算结果48-97
• 4.2 结果分析及讨论97-101
• 4.2.1 各参数对融雪化冰的影响97-99
• 4.2.2 化冰效率讨论99-101
• 4.3 融雪化冰时间分析101-111
• 4.4 小结111-112
• 结论112-113
• 参考文献113-117
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况117-118
• 致谢118-119

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：988599