电热管融冰雪路面热能特征分析及评价方法研究

发布时间：2020-05-23 06:53

【摘要】：冬季气候寒冷,路面容易积雪,影响交通安全。本文将电热管埋设于水泥混凝土路面面层,利用其热能融化路面积雪。这种路面融冰雪方法环保、高效,有利于冬季道路交通安全。本文通过理论分析和试验研究,开展了如下工作:(1)介绍电热管融冰雪路面的结构,基于合理假设,将实际工程中电热管融冰雪路面的三维结构简化为二维模型。以二维模型为基础,基于线热源理论和镜像热源法,建立电热管融冰雪路面温度计算的理论模型。(2)进行电热管融冰雪路面升温的室内试验。根据相关规范,设计合理的电热管埋设方案;并依据电热管融冰雪路面的结构要求,完成水泥混凝土试验小板的铺装。通过测量试验小板表面的温度,验证提出的电热管融冰雪路面温度计算理论模型。(3)根据试验数据,提出电热管融冰雪路面温度计算的经验模型。比较理论模型与经验模型的优缺点:理论模型适用范围广、误差较大;经验模型适用范围窄、误差较小。基于比较分析,提出综合两者优点的电热管融冰雪路面温度计算的半经验模型。(4)为了减少电热管融冰雪路面的能量耗散并提高其能量利用率,基于电热管融冰雪路面二维模型,建立有限元融雪模型进行能量计算。在电热管融冰雪路面室内升温试验的基础上,进行融雪试验,测量融雪质量,验证有限元模型的正确性。基于有限元模型的能量计算结果,分析不同融雪阶段里,四个影响因素(电热管埋设间距、埋设深度、加热功率和环境风速)对融冰雪路面能量耗散及其利用率的影响。将有限元计算结果与响应面法结合,建立路面融雪总耗时和散失能量比的预测模型。利用遗传算法,将预测模型作为适应性函数,计算出耗时少、散能少的电热管融冰雪路面最优方案。(5)提出电热管融冰雪路面温度特征值——路面平均温度(T_A)和温度不均匀系数(Cn),和以此为计算参数的电热管融冰雪路面融雪效果的新评价指标(φ)。利用有限元融雪模型的计算结果分析了电热管埋设间距、埋设深度、加热功率和环境风速对T_A和Cn的影响,并结合响应面法建立T_A和Cn的预测模型。通过回归分析,建立φ和融冰雪路面温度特征值(T_A、Cn)的计算公式,并以此提出用电热管方案和环境风速来预测和调整电热管融冰雪路面融雪效果的方法。
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交通事故,冰雪,里程

第一章绪论重要性阔，寒冷地域面积大，所以冬季出现结冰积雪的经济的命脉，是我国仍将大力发展建设的交通项 446.39 万公里，其中高速公路里程 11.19 万公 2016 年底，全国公路总里程 469.63 万公里，。我国的公路交通项目蓬勃发展，但是长里程冷地区，甚至位于降雪带。据统计，冬季 30%的造成了巨大的损失，，所以路面融冰雪是路面冬季及人们出行安全具有非常重要的实际意义[3-5]。 19~20 日甘肃省兰州、白银、定西等地出现降道路湿滑，全省高速公路共发生各类交通事故[6]。

汽车客运站,合肥

图 1.2 2018 年 1 月 25 日合肥明光路汽车客运站被大雪覆盖ei Mingguang Bus Station was covered by accumulated snow on Ja图 1.3 2018 年 1 月 25 日宁洛高速安徽段因大雪封闭 The highway was closed because of the heavy snow on January 2雪的主要方法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U418.41

【参考文献】