電熱管融冰雪路面熱能特征分析及評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、冬季氣候寒冷，路面容易積雪，影響交通安全。本文將電熱管埋設(shè)于水泥混凝土路面面層，利用其熱能融化路面積雪。這種路面融冰雪方法環(huán)保、高效，有利于冬季道路交通安全。
　　本文通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究，開展了如下工作:
　　(1)介紹電熱管融冰雪路面的結(jié)構(gòu)，基于合理假設(shè)，將實(shí)際工程中電熱管融冰雪路面的三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為二維模型。以二維模型為基礎(chǔ)，基于線熱源理論和鏡像熱源法，建立電熱管融冰雪路面溫度計(jì)算的理論模型。
　　(2)進(jìn)行電熱

2、管融冰雪路面升溫的室內(nèi)試驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)合理的電熱管埋設(shè)方案;并依據(jù)電熱管融冰雪路面的結(jié)構(gòu)要求，完成水泥混凝土試驗(yàn)小板的鋪裝。通過(guò)測(cè)量試驗(yàn)小板表面的溫度，驗(yàn)證提出的電熱管融冰雪路面溫度計(jì)算理論模型。
　　(3)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出電熱管融冰雪路面溫度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。比較理論模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬?yōu)缺點(diǎn):理論模型適用范圍廣、誤差較大;經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦m用范圍窄、誤差較小?；诒容^分析，提出綜合兩者優(yōu)點(diǎn)的電熱管融冰雪路面溫度計(jì)算的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?

3、br>　　(4)為了減少電熱管融冰雪路面的能量耗散并提高其能量利用率，基于電熱管融冰雪路面二維模型，建立有限元融雪模型進(jìn)行能量計(jì)算。在電熱管融冰雪路面室內(nèi)升溫試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行融雪試驗(yàn)，測(cè)量融雪質(zhì)量，驗(yàn)證有限元模型的正確性?；谟邢拊Ｐ偷哪芰坑?jì)算結(jié)果，分析不同融雪階段里，四個(gè)影響因素（電熱管埋設(shè)間距、埋設(shè)深度、加熱功率和環(huán)境風(fēng)速）對(duì)融冰雪路面能量耗散及其利用率的影響。將有限元計(jì)算結(jié)果與響應(yīng)面法結(jié)合，建立路面融雪總耗時(shí)和散失能量比的預(yù)測(cè)

4、模型。利用遺傳算法，將預(yù)測(cè)模型作為適應(yīng)性函數(shù)，計(jì)算出耗時(shí)少、散能少的電熱管融冰雪路面最優(yōu)方案。
　　(5)提出電熱管融冰雪路面溫度特征值——路面平均溫度(TA)和溫度不均勻系數(shù)(Cn)，和以此為計(jì)算參數(shù)的電熱管融冰雪路面融雪效果的新評(píng)價(jià)指標(biāo)（ψ）。利用有限元融雪模型的計(jì)算結(jié)果分析了電熱管埋設(shè)間距、埋設(shè)深度、加熱功率和環(huán)境風(fēng)速對(duì)TA和Cn的影響，并結(jié)合響應(yīng)面法建立TA和Cn的預(yù)測(cè)模型。通過(guò)回歸分析，建立ψ和融冰雪路面溫度特征值(TA