太陽熱反射瀝青路面降溫機理分析.pdf

1、在夏季,由于瀝青路面對太陽輻射的高吸收率,導致瀝青路面結構內溫度過高產生車轍等病害,同時路面溫度也烘烤著其上方的空氣,加劇城市熱島效應。近年來,不少針對緩解城市熱島效應的鋪面材料被開發(fā)利用。本研究依托國家自然基金項目《緩解城市熱島效應的瀝青路面太陽熱反射涂層的機理研究及材料開發(fā)》,通過近3年的前期研究,課題組已成功開發(fā)出用于降低瀝青路面溫度的熱反射涂料,并于2011年9月在江西永修-武寧高速公路成功鋪筑試驗路,然而關于熱反射涂層路面的降

2、溫機理尚不明晰。鑒于此,本論文運用計算流體力學(CFD)方法,模擬試驗路段的瀝青路面結構,建立了三維有限元的路面溫度場分析模型,并用理論和試驗方法分析了模型的合理性。本文的主要研究內容包括:
　　 首先,對瀝青路面處在光熱環(huán)境下的熱傳導、對流換熱以及熱輻射的能量傳遞問題進行研究,根據傳熱學基本理論得出路面熱平衡方程。選擇有限體積法作為數值模型建立的基本方法,并概述該方法的網格劃分、邊界條件設定及導熱微分方程求解等問題。利用有限元

3、軟件ANSYS-CFX建立路面溫度場的數值模型,并通過對模型精度的驗證,確定四面體網格劃分的最佳尺寸為0.1m。
　　 其次,提出熱反射涂層的機械化施工工藝及流程,在江西永武高速公路進行試驗路的鋪裝并測試了路面溫度。結果表明在晴天時,普通瀝青路面溫度明顯高于熱反射涂層路面溫度,白天較高溫差時段出現在太陽輻射強烈的12:00～15:00,溫差最高達到8℃左右。通過在試驗路建立小型氣象站得到的氣象數據,建立了在不同氣象條件下(晴天、

4、陰天)的路面溫度場模型,分析了熱反射涂層路面和普通瀝青路面的模擬溫度場,模擬路面溫度和實測路面溫度吻合較好。
　　 最后,通過路面溫度場數值模型,分析了導熱系數、比熱、吸收率、發(fā)射率、密度對路面溫度場的影響趨勢,并利用正交分析方法對這五個因素進行溫度場的敏感性分析,分析表明吸收率對瀝青路面溫度場影響最大。因此,降低吸收率,提高反射率是熱反射涂層能夠降溫的根本原因。
　　 研究結果為揭示熱反射涂層路面降溫機理提供了理論支撐