多年冻土路基对流换热试验方法

对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明：风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。     

就地风热再生沥青路面温度场计算方法研究

就地热再生沥青路面施工过程中的加热效果对路面的再生质量具有重要影响。该文以热风循环式加热装置为研究对象,分别建立数学模型与Abaqus有限元模型,计算得到就地热再生沥青路面加热温度场的解析解与数值解。结果表明:路面加热温度场的解析解与数值解存在较大误差,Abaqus有限元模型的计算结果与实测值拟合度较高,建议采用Abaqus有限元模型进行沥青路面就地风热再生温度场的相关计算。     

基于实测数据的沥青混凝土路面结构温度场特性分析

为研究沥青路面温度场受外界环境的影响及其敏感程度,对重庆南岸区大气温度及太阳辐射能量进行实测。根据传热学理论,运用ABAQUS有限元软件进行建模并对其进行二次开发。结合沥青混凝土路面结构材料在不同温度时的蠕变非线性效应,改变大气气温、风速等参数,分析沥青路面结构温度场随相关参数的变化的规律。结果表明:沥青路面结构受大气温度的影响主要体现在路面面层,达到路面结构一定深度后,对路面结构的温度场的影响很小;大气温度是影响沥青路面全天温度场变化的主要因素;在中高温天气时,随着太阳辐射能量的增加,大气温度对路表温度的影响随之减小;随着路面结构深度的增加,不同深度位置处与大气对流作用频率下降,只有当上层结构与大气对流完成之后,才能由其以下的结构与大气对流,进而使下层结构温度差峰值向后延迟;风速对沥青路面温度场影响较大,应注意风速产生的温度场结果误差。     

钢砂沥青混凝土感应加热简化模型构建及仿真分析

为研究沥青混凝土自愈合性能，为沥青路面养护技术中的自愈合方向提供理论及数据支撑。基于有限元方法，分别考虑了感应加热系统模型及感应加热数值计算模型，构建了多物理场下的钢砂沥青混凝土感应加热有限元简化模型，针对其感应加热自愈合过程进行了仿真分析，分别研究了电流强度、钢砂掺量及加热方式对感应加热的影响特性与能量分析，探究了不同情况下感应加热的机理及规律，并对耗散功率、耗散能以及能源利用率做分析。定义了两个新参数：有效愈合深度指数E₁与感应加热时间指数E₂,并结合有效愈合深度，联合评价感应加热的综合效益以优化参数配置。结果表明：电流强度越大或试件的钢砂掺量越大时，感应加热速率越快，由此形成的层间温度梯度越大，而钢砂产生的耗散能却会减小；感应加热停止时，有效愈合深度随加热时的电流强度与试件钢砂掺量的降低而减小，感应加热效果变差；处于自然散热阶段的试件的温度场在横向上呈现“翘曲分布”现象，即试件温度中心高而边缘低，层间温度梯度向着趋于零的趋势逐渐减小；可通过增大感应加热电流强度或钢砂掺量，采用较大循环加热时间、较短加热间隔的间歇式加热提高感应加热的综合效...     

就地热再生技术加热等级和作业速度研究

加热技术是沥青路面就地热再生技术的关键,加热过程直接影响着施工的质量。基于热风循环加热方式的沥青路面就地热再生技术,使用一维非稳态导热模型,建立传热温度场,研究沥青路面就地热再生技术中加热的分级和作业速度的控制。通过实地温度测量,证实了加热等级和机群作业速度二者有着直接的联系。通过技术人员的实时温度量测和现场指挥,可以有效指导施工、提高作业效率、提高燃料利用率、节约成本。     

考虑轮胎空气耦合传热的轮胎温度场分析

针对目前在轮胎温度场有限元分析中对流换热系数计算方法泛化能力不强的问题,提出了利用CFD方法分析轮胎与空气耦合传热来确定对流换热系数的方法。以12.00R20全钢载重子午线轮胎为研究对象,采用耦合传热方法,对旋转轮胎处于静止空气域时的各种工况进行仿真得到对流换热系数,并应用于轮胎温度场有限元分析中。通过对有限元仿真结果和试验结果的对比,说明了该方法的有效性。     

多步法就地热再生工艺中的沥青路面加热速度

针对就地热再生过程中沥青路面加热速度慢、严重影响再生施工速度提升这一问题,从改变施工工艺的角度出发研究提高沥青路面加热速度的方法。建立了沥青路面温度场数值计算模型,求解得出单步法和多步法再生加热过程中沥青路面内部温度场变化趋势,并通过实验室模拟试验对数值分析结果进行了验证。结果表明:沥青路面加热速度慢的主要原因在于沥青路面传热性能差导致的加热过程中沥青路面内部沿深度方向温度梯度大,并且传统单步法就地热再生工艺中单次加热的厚度过大;多步法再生工艺中通过铣刨移除上部已达到再生温度要求的沥青路面材料,从沥青路面内部直接输入加热能量,减小了沥青路面厚度及沥青路面传热系数对沥青路面加热速度的影响,能够以更少的加热能量和更快的速度完成沥青路面加热;多步法就地热再生工艺中完成4cm厚沥青路面加热所需时间仅为传统单步法就地热再生工艺中沥青路面加热所需时间的43%,所需能量仅为单步法就地热再生工艺中所需能量的70%。     

热风循环式就地热再生沥青路面温度场

就地热再生是预防性养护,研究热风循环加热方式下就地热再生沥青路面的温度场,有助于提高施工机械的加热效率及施工过程中的质量控制。通过分析热风循环加热原理,确定路表热量来源由热风对流换热和固体间表面辐射传热两部分组成,在此基础上建立就地热再生路面温度场模型,采用有限差分法的离散方程进行计算,得到路面各层温度随加热时间、路面深度、风速、机械行驶速度的变化特点。计算结果表明:路面各层温度随加热时间的增加而升高,路面深层的温度变化呈现明显的滞后性;路表温度随环境风速的增大而降低,当风速增加时,路表温度近似呈抛物线形式降低;风速变化对路面温度的最大影响深度大致在路表以下1.0~1.5cm,为提升加热效率,建议在风速小于5 m/s的环境下施工;加热机械的行驶速度对路面各层温度影响较大,建议施工时控制加热机行驶速度低于2.5~3.0 m/min内。     

混凝土箱梁桥的负温差及其效应分析

运用辐射换热、对流换热等相关理论,对箱梁表面的各种热流进行分析,并将各种热流转换成易于加载的对流换热形式,即采用综合对流换热系数和综合大气温度来反映箱梁表面各种热流,在此基础上应用有限元方法对箱梁温度场进行计算,获得了箱梁在降温作用下箱梁温度场的分布规律,与现有规范中的负温差模式进行对比,为箱梁负温度梯度模式的合理确定提供了可靠依据。最后采用空间有限元程序分析了混凝土箱梁桥在骤然降温作用下的效应,为同类型箱梁桥的设计提供参考。     

关于弯沉综合修正系数的探讨

分析我国沥青路面设计方法中存在的静态参数与动态指标配套使用，及由于弯沉综合修正系数引起的不合理现象，引入材料的动态参数计算沥青路面路表弯沉，并与路表实测弯沉进行比较，使沥青路面设计中设计参数与控制指标状态一致，并去除弯沉综合修正系数及其不当影响。     

主动降温型沥青混凝土制备及性能研究

为降低炎热季节沥青路面温度,提高沥青路面的高温稳定性,减少沥青路面高温车辙病害的产生,同时减少有毒的有机沥青改性剂或路面涂料的使用,采用无机矿质粉末负离子粉作为新型环保沥青改性剂,制备了具有主动降温功能的沥青混凝土(active pavement cooling asphalt concrete,APC-AC)。通过室内车辙板温差试验与室外光照试验,研究了不同负离子粉掺量对APC-AC路面降温性能的影响,并以降温性能为参考指标推荐了负离子粉最佳掺量;借助Hot Disk 2500S导热系数仪对APC-AC及普通沥青混凝土的导热系数、比热容及导温系数进行测试,研究了负离子粉对APC-AC的热学参数影响规律;对APC-AC及普通沥青混凝土进行路用性能试验,研究了负离子粉对沥青混合料高温性能、低温性能、水稳定性的影响。结果表明:与普通沥青混合料相比,APC-AC具有较明显的路面降温效果,当负离子粉掺量为沥青质量的16%时,APC-AC车辙板室内温差试验表面降温幅度为5.9℃,室外光照试验表面温度可降低7.4℃;APC-AC的导热系数、导温系数相较于普通沥青混凝土分别降低9%和20%,比热容则提升14%;与普通沥青混凝土相比,APC-AC的动稳定度提高16%~42%,负离子粉对沥青混凝土的水稳定性与抗裂性能基本没有不良影响。     

采用车厢底部出风的变频热泵空调在低温地区大巴车辆上的应用研究

纯电动大巴空调冬季制热是目前行业普遍关注的焦点问题,受大巴空调厂家技术影响,大部分电动空调热泵制热在环境温度0℃左右将无法启动,所以目前行业冬季制暖主要采用燃油炉或PTC加热方式。燃油炉与PTC加热能耗高,严重影响整车续航里程。热泵大巴空调可实现-15℃正常热泵制热,补气增焓技术可实现-25℃正常热泵制热。另外,在冬季制热时,暖风从上部的风道往下吹,大部分热风下不去,造成了车厢上部温度高,脚部温度过低,非常影响舒适性。通过从上部风口引一些风道到脚部的方式,提高车厢底部的热风循环,提高车厢热泵制热的舒适性,从而验证了大巴车厢底部出风对热泵空调制热效果的影响。综合上述,对热泵空调在低温地区冬季热泵制热效果及节能效果进行对比测试,通过对比热泵空调和电加热器的温升速率、耗电量和舒适性等参数,可得知热泵空调升温速度快、温控精度高、耗电量少,变频热泵空调更舒适、更节能。     

旧料特性对热再生沥青混合料压实性能的影响研究

为了研究热再生沥青混合料的压实特性,采用旋转压实试验,通过对2种类型再生料的密实曲线计算所得的斜率K1和K2、压实能量指数CEI、交通密实指数TDI1和TDI2分析各旧料在不同加热温度和掺量下对再生料压实特性的影响。结果表明:1)旧料加热温度升高能提升旧沥青与新沥青的融合,可增加再生料中沥青的粘度,但并非旧料加热温度越高再生料越容易压实,在100℃、120℃和140℃三种温度条件下,120℃掺加旧料的再生料更易压实;2)旧料掺量越大,再生料越难压实,但使用过程中其抗变形能力越好;3)AC-20普通沥青再生混合料更易压实,但抗变形能力明显不如AC-13改性沥青再生混合料。     

沥青混凝土路面耙松热传导试验与仿真分析

为了提高沥青混凝土路面就地热再生过程的加热效率,采取对试件进行热传导试验及FLUENT有限元仿真的方法,以不同厚度但配比及密实度相同的沥青混凝土试件为研究对象,设计制作热传导试验装置,测量试件上下表面温度并计算导热系数;运用Solidworks软件对试验过程进行有限元仿真,模拟建立热传导温度场,对试验过程进行验证。试验和仿真的结果表明:不同厚度但配比及密实度相同的沥青混凝土试件的导热系数基本相同,试件厚度显著影响沥青混凝土路面的底层加热温度,耙松改变路面结构后,热量更容易渗透到路面底层,从而提高热再生加热效率并降低能耗。     

多年冻土区封闭条件下片块石路基降温效果数值分析

片块石路基是多年冻土区公路建设中的一种主动降温的措施,根据多孔介质对流传热理论,对封闭边界的片块石路基温度场进行数值模拟计算,分析在全球气温变暖和沥青路面强吸热特性双重影响下的片块石路基的降温效果,并对其长期热稳定性进行预测分析。结果表明:片块石路基能够很好地发挥"热二极管"效应,寒季增加路基的蓄冷量,暖季可有效阻止外界热空气进入路基,对于防止多年冻土融化、主动保护冻土起到了积极有效的作用;片块石路基在短期内降温效果显著,但从长远分析,片块石单独应用于多年冻土地区公路路基中难以发挥主动降低地温、保护多年冻土和维护路基热稳定性的作用,必须进行补强。     

沥青路面现场空隙率与渗水系数的关系分析

通过对沥青路面压实度、现场空隙率和渗水系数的检测结果进行分析，并针对不同沥青路面类型的现场空隙率对渗水系数的影响，在满足路面渗水系数要求范围的前提下，提出了不同室内设计空隙率范围时应采用的相应压实度评价标准及路面现场空隙率控制范围。     

基于热物理特性的沥青混合料的研究

为了减少高温车辙病害的产生,提出采用"主动"降低沥青路面温度的方式以降低车辙病害产生的方式。研究分析了沥青混合料及其骨料的热物参数与沥青路面温度的关系。采用Williamson公式和热学导热系数推算公式计算分析骨料热物参数对沥青混合料热物参数的影响,在室内试验中用常功率平面热源法进行验证;应用传热学中一维导热方程和巴勃模型,研究了路面结构热力学材料参数对于沥青路面结构温度的影响。结果表明,在正常的高温条件下,导热系数较小的材料其路面结构内部的温度相对较低。在室外试验中,普通沥青混合料与采用导热系数较小的材料制备的沥青混合料的底层温度相差可达6℃。     

开级配大粒径沥青碎石混合料沥青路面温度应力影响因素分析

反射裂缝是半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面的主要病害之一,针对这一问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料作为裂缝缓解层的方法.基于开级配大粒径沥青碎石缓解层沥青路面温度应力的计算原理,以通用有限元软件ABAQUS为基础,对开级配大粒径沥青碎石缓解层沥青路面的温度应力进行分析,探讨了其结构层参数对其温度应力的影响规律.结果表明:开级配LSAM缓解层模量、厚度、空隙率对其自身温度应力具有显著的影响作用,是开级配LSAM缓解层沥青路面结构设计的重要参数.     

骤然降温下的沥青路面温度场变化

基于传热学理论,利用有限元软件ANSYS,建立路面结构温度场分析的二维有限元模型,通过热稳态分析计算出路面基层初始温度场,再进行热瞬态分析。分析结果表明骤然降温下,沥青路面温度大幅度降低。