特殊地域環(huán)境路基表面加熱冷卻過程數(shù)值模擬.pdf

1、加速加載試驗是通過模擬實際行車道路中的環(huán)境及荷載,研究道路材料性能、破壞機理并解決實際工程問題的有效方法。足尺加速加載系統(tǒng)可對實際道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行1:1比例復(fù)制,消除小比例加速加載系統(tǒng)中的邊界效應(yīng),因此在世界范圍內(nèi)被越來越廣泛的采用。已有的研究表明,道路材料對極端溫度有顯著的敏感性,因此在加速加載實驗中需要對實驗道路的路面溫度進(jìn)行精確控制。國外現(xiàn)有的足尺加速加載系統(tǒng)均為開放式系統(tǒng),尚無法對實驗道路的路面溫度進(jìn)行控制。本課題中涉及的“特殊地域

2、環(huán)境結(jié)構(gòu)材料試驗裝置”為封閉式加速加載試驗環(huán)道,環(huán)道內(nèi)部的空氣溫度及路面溫度均可控制。因此空氣溫度及路面溫度控制系統(tǒng)在整個試驗裝置中處于很重要的位置。
　　由于可作為參考的國內(nèi)外相關(guān)工程以及文獻(xiàn)資料較少,因此采用數(shù)值模擬的方法為該試驗裝置的空氣溫度及路面溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。本文利用商用CFD軟件AnsysFluent及集成優(yōu)化軟件AnsysDesignXplorer,對加速加載試驗系統(tǒng)的路基表面送風(fēng)加熱

3、、冷卻過程進(jìn)行模擬計算,并對其系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)及送風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化。
　　首先研究了不同送、回風(fēng)口布置方式、風(fēng)口尺寸、風(fēng)口距地高度等參數(shù)對道路表面平均溫度和溫度均勻性的影響,然后提出進(jìn)一步的提升路面溫度均勻性的設(shè)計方案并分析了可行性,最后提出了擺動式送風(fēng)方式的方案。以道路表面溫度均勻性為優(yōu)化指標(biāo),針對冷熱空氣不同的物理性質(zhì),確定了最優(yōu)的風(fēng)口擺動角度及擺動周期。數(shù)值模擬結(jié)果表明,利用擺動式送風(fēng)時間分配方案2,試驗路面的加熱冷卻過程溫度均勻