基于太阳能-热管的循环流体加热桥面融雪系统试验研究

为准确分析基于太阳能-热管的循环热流体桥面融雪系统的工作性能,综合考虑桥面结构、热管埋深、集热器类型等因素,建立了以太阳能集热器为热源的循环热流体加热热管融化桥面积雪的足尺试验系统。基于前期监测数据,对系统融雪性能、集热效率进行了分析。研究结果表明:(1)系统对桥面升温效果明显,在桥面无预热且桥面供热温度为15℃～20℃条件下,最大可提高桥面温度7℃,且系统在5h内以先慢后快的速度融化了5cm厚的积雪;(2)较浅的热管埋深更加有利于融雪,融雪过程中浅埋段、中埋段和深埋段的平衡温度分别为2℃、1.5℃和0.6℃;(3)热管热量向下部水泥混凝土传递比上部沥青混凝土更多,距离热管相同距离的水泥混凝土和沥青混凝土温度相差3℃(5cm)和6℃(10cm);(4)融雪过程中热管管身温度并不一致,两端较中间温度高1.0～1.5℃,同时管排串管温度较热管高约5℃～6℃;(5)冬季晴朗天气光照下,系统平均集热功率为2.2kW,阴雨天气平均热损功率为0.33kW,真空管集热器较平板型集热器效率更高,两者集热效率之比约为1∶0.58。     

新疆某机场融雪洪水研究

为了防止融雪径流对机场的影响,为机场防洪设计提供依据,在对当地融雪径流基本特性进行分析的基础上,通过理论分析和现场试验观测,研究了融雪期间积雪厚度、积雪密度及雪层温度的变化规律,并得到了融雪洪水计算用的度·日因子.结合当地的产汇流条件计算融雪洪水,并对洪水计算结果的合理性进行分析.     

自发热技术在机场道面融雪化冰中的应用研究

目前对机场道面降雪结冰所采用的融雪化冰方法都存在一定缺点,很有必要寻求一种新的融雪化冰方法。自发热技术融雪化冰方法就是将导电体铺装在沥青混凝土中,利用导电体通电发热提高道面表面温度,使其高于冰点温度来实现对机场道面融雪化冰的目的。自发热技术融雪化冰方法效率高,效果好,且为绿色环保技术,具有广阔的应用前景。     

碳纤维导电混凝土道面机场除冰雪的应用研究

从目前机场道面融雪化冰的基本方法以及所存在的问题入手,介绍了导电混凝土电热除冰雪的工作原理和制备导电混凝土的基本原理,分析了碳纤维导电混凝土道面材料应满足的基本性能要求;结合机场飞行区道面的特殊性,提出了碳纤维导电混凝土在机场道面中应用所具备的条件。     

高寒地区隧道路面发热电缆融雪化冰试验研究

我国在高寒地区修建的高速公路隧道越来越多。因为隧道进出口路面积雪结冰而导致的道路交通事故呈逐年上升趋势。隧道路面的融雪化冰问题日益成为制约道路交通安全的关键因素之一。近年来,发热电缆系统作为融雪除冰一种新技术得到了越来越多的关注。本文依托在建兰州至郎木寺高速公路晒经滩隧道,建立了发热电缆融雪化冰的试验段,通过对隧道内温度长期持续测量,探讨了发热电缆系统最佳设防长度;对试验段表层和内部的温度分布变化进行监控,探讨了甘肃省甘南地区沥青混凝土道路铺装发热电缆的功率及应用。研究结果表明:该地区的最佳设防长度为60m,外界气候条件(尤其是气温)是影响发热电缆融雪化冰效果的主控因素;使用反热毯可以大大提高发热电缆系统的工作效率;通过动态功率控制,可以实现不同降雪条件下和不同气候条件下的融雪化冰要求。     

环路热管融冰雪路面传热特性有限元分析

采用二维有限元模型,研究了环路热管融雪路面的传热特性。结果表明,热量由环路热管不断向路面不同位置传递,直至达到平衡,形成稳定的温度梯度。传热效果受到环路热管间距、管径和环境温度的影响。热管管径应在条件允许下,尽量采用较大值;布设间距应与热管管径相匹配,以达到最佳传热效果;环境温度影响最终平衡时间和路表温度高低。有限元模拟结果与实验室测试结果具有非常好的相关性。     

自发热机场沥青混凝土道面融雪化冰试验研究

通过对铺装了导电体的自发热机场沥青混凝土道面进行化冰试验与融雪试验（初始温度为-10 ℃、导体控制温度为50 ℃、设置和不设置隔热层），得出了融雪化冰所需时间和设置隔热层能够提高能量利用率的结论。运用有限元软件融雪化冰分析，与试验结果对比，验证了试验结果的正确性。并对下一步研究工作提出了建议。     

主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述

为了进一步推进路面主动除冰雪技术的发展,综述了国内外路面主动融雪化冰方法的研究进展。首先,介绍了不同类型路面主动除冰雪技术的融雪化冰机理,并基于此将主动除冰雪路面划分为自应力弹性铺装路面、低冰点路面和能量转化型路面3类;然后,分别对3类主动除冰雪路面的路用性能及融雪化冰特性进行了梳理,在路用性能方面主要包括沥青混凝土路面高温性能、低温性能、水稳定性、黏附性能和耐久性等,以及水泥混凝土路面抗拉、压性能等,而在融雪化冰特性方面主要包括路面抗摩擦性能、冰-路界面黏结性能、破冰性能、融雪速率、适用温度范围及长期稳定性等;进而归纳了材料组成、结构类型、外界环境及系统运行条件等对主动除冰雪路面工作性能的影响规律;此外,为了便于主动融雪化冰路面技术选型,从融雪化冰效果、经济成本及节能环保等方面对比分析了不同路面主动除冰雪技术的优缺点;最后建议路面主动除冰雪系统应与冰雪灾害评估系统及冰雪预警系统相结合。     

道路融雪地能利用热循环基本性能模拟分析

针对道路集热蓄能融雪化冰过程进行分析,建立地能利用热泵循环道路融雪化冰基本过程模型,开展数值计算分析.重点探讨降雪和融雪过程地源热泵运行和地下换热过程的基本性能,以及降雪量、气候环境温度、地下初始温度的影响规律.分析表明,常规降雪量的道路融雪平均热耗率为250 W/m<'2>左右,热泵系统性能指数COP维持在4以上.地下初始温度增加将对地能利用热泵循环效率带来显著的提升空间,表明太阳能路面集热和季节性地下蓄能技术具有巨大潜力.     

山区高速公路桥面漫排式水热融雪系统应用

为通过热流体的能量传递来达到融雪化冰的目的,水热式融雪技术在预先埋设的管道内通入作为传热载体的循环热流体。针对山区高速的特殊路段,结合地理与气温环境情况,将可循环再生资源隧道温泉水作为山区高速桥面融雪的热源。在此基础上结合工程实例确定了漫排式水热融雪桥面系统的设计与铺设方案,并铺设了试验路。结果表明,对于一定环境条件下的桥面漫排式温泉水融雪系统,融雪效果良好。研究成果可以为采用水热式融雪化冰系统的路面及桥面铺装设计与施工提供指导。     

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。     

多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先,基于热传导理论,建立隧道衬砌和围岩径向传热模型,利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解;其次,建立洞内空气的传热微分方程,根据能量守恒原理,建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型,结合径向温度场理论解,提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法,该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深;最后,根据依托工程现场实测数据,反演围岩的热物性参数,并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型,分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明：在隧道径向,多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动,距离围岩表面越近,温度振幅越大,且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性;在隧道纵向,在一年中最冷时刻,隧道衬砌及围岩温度呈“两端低,中间高”,此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃,-7.80℃;在一年中最热时刻,衬砌温度呈“两端高,中间低”,此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1.92℃,但由于受围岩初始地温的影响,围岩表面的温度呈倒V形,最低温度为-1.22℃。     

基于模糊理论的沥青路面热风加热多参数优化

为了优化就地热再生热风加热参数，提高热风加热沥青路面的加热效果，基于有限元方法，建立了热风加热装置加热沥青路面的模型，模拟计算了热风加热沥青路面的过程，通过试验验证了仿真模型及参数设置的正确性。采用正交试验设计方法研究了热风温度、热风速度、出风孔离地高度对加热效果的影响。提出了基于模糊理论的热风加热效果评价方法，引入综合模糊评价指标代替沥青路面温度场、对流换热系数和加热过程中的能量利用率等单一评价指标对沥青路面加热效果进行评价，采用独立性权系数法确定了各指标的权重系数，仿真分析验证了综合模糊指标评价方法的有效性。结果表明：在加热装置的设计参数范围内，热风温度对沥青路面表面温度及分布均匀性影响最大，热风速度对换热系数影响最大，出风孔离地高度对能量利用率影响最大。以沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率等单一指标为优化目标获得的最佳加热参数组合，仅能保证各自指标最优，但其他指标较差；以综合模糊评价指标E_CFI为优化目标得到的最佳热风加热参数组合，可以同时获得较好的沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率。研究方法和结论为沥青路面热风加热参数的选择和加热效果的评价提供了一种有效可行的途径。     

昼夜温度及交通量变化对沥青路面响应及性能的影响

现场沥青路面结构承受的交通量及温度都有随昼夜变化的特性,如果交通量较为集中的时段往往也是地表温度较高的时段,则会对路面结构造成较大的破坏。文章利用试验得到的沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转换因子,结合实测的路面结构温度场对这一问题进行了定量分析。分别分析了沥青混合料的动态模量、路面结构的关键力学响应以及荷载对路面结构的破坏率的昼夜变化特性,并比较了冬天和夏天变化特性的不同;结合不同时间的荷载作用破坏率及实测的交通量小时分布系数进行分析,表明按交通量实际分布情况得到的路面结构使用寿命可以比按传统假设的均匀分布情况小10％以上。在路面结构分析和设计中有必要考虑温度及交通量的昼夜变化特性。     

CFG能源桩用于混凝土路面除冰降温的试验研究

利用试验场足尺水泥粉煤灰碎石（CFG）能源桩,对模型混凝土路面冬季防冻除冰与夏季降温防护技术进行了试验研究,意在探索一种节能、环保、高效和经济的道路路面工程安全与耐久新技术。桩及模型混凝土板内均安装聚乙烯塑料管作为换热管,能源桩、混凝土板内安装有温度应变传感器测量换热过程中相应位置的温度、应变变化,混凝土板进出口水温、混凝土板表面温度分别由温度计、红外测温仪量测。试验主要分析冬季条件下,单根、双根能源桩供热一块混凝土板,以及在夏季条件下,单根能源桩降温一块混凝土板时,管路流体、混凝土板、桩的温度变化以及由温度引起的混凝土板、桩的应力应变变化。试验结果表明：冬季工况下,单根、双根能源桩可以使一块混凝土板表面温度保持在0℃以上,除冰效果显著;夏季工况下,单根能源桩对混凝土板降温,试验组与对照组混凝土板表面温差最大约为9.4℃,降温效果明显。能源桩和模型混凝土板在换热过程中,因温度改变会导致桩身和混凝土板中产生附加温度应力。桩身附加温度应力对桩结构完整性和安全性不会造成影响,而混凝土路面板的附加温度应力则总是与被加热或降温前的应力叠加使其总应力幅值降低,有利于混凝土路面板的安全性和耐久性。试验过程仅使用水泵为换热管中的流体提供动力进行循坏,不消耗其他任何形式能量,运营维护成本较低。     

考虑路面防结冰的城市隧道路面下热管敷设方案研究

针对利用隧道结构提取浅层地热能用以路面防结冰的系统,基于隧道敞开段结构特点提出隧道下路面埋管的总体敷设方案。在总体方案的基础上,通过建立道路下埋管数值模型,分析了路面埋管总体换热特点以及埋管间距对路面埋管换热性能的影响。结果表明：1)路面下换热管宜敷设在混凝土铺装层中,并采用单U型平行坡面布设；2)在一定范围内,相邻U型管间距是影响路面埋管防结冰系统效果的主要因素,进出水口间距变化对埋管防结冰系统运行效果影响并不明显。最后分析得到了本研究依托工程最佳性价比的埋管敷设方案,给类似工程应用提供了思路。     

路面温度对城市热岛的影响

分析了城市热岛形成的主要原因,指出城市下垫面特性、城市大气污染和城市人工热源是城市热岛形成的主要影响因素。通过试验数据和数学计算论证了路面温度对城市大气温度的影响。介绍了太阳辐射、云层状况、大气相对湿度、风速、降水等环境因素对路面温度的影响,并利用数据、公式和图表重点讨论了路面反照率、路面湿度等路面特性因素对城市路面温度的影响。根据路面反照率与路面温度的数值关系,提出通过铺装水泥混凝土路面或碎石封层的方式提高路面反照率,缓解大城市热岛效应;根据路面湿度与路面温度的关系,提出通过增加透水性路面面积,缓解大城市热岛效应。     

基于非稳态温度场解析解的沥青混凝土路面温度分布研究

研究以实测气象资料来预估沥青混凝土路面结构层内温度场的分布状况为目的.通过分析太阳辐射、大气温度两种主要影响参数,运用传热学理论建立沥青混凝土路面二维非稳态温度场解析方程.并在云南大理地区埋设温度传感器进行实时数据采集,对计算模型和实测数据相关关系进行了对比分析.最终在云南省不同温度分区基础上,计算得到不同路表温度的结构内部温度分布曲线.研究结果表明:建立的以太阳辐射和大气温度日变化规律为基础的温度场解析方程模型计算结果与实测结果相比,误差最大3℃左右;温度分布曲线反映出在不同路表温度时,结构内部一定深度内温度分布的规律性和温度梯度的改变趋势,能有效地帮助材料设计,计算结果证明了该模型的合理性和有效性.     

沥青混凝土路面的非稳态传热模拟和实验研究

沥青混凝土路面就地热再生技术是未来公路养护发展的方向，作者对目前正在研发的一种新型沥青混凝土路面热再生养护机械作了简要介绍。并建立了沥青混凝土路面的传热数学模型，利用计算流体模拟软件FLUENT对沥青混凝土路面进行非稳态传热模拟研究，求出了路面内部温度场。通过和实测数据进行对比分析，得出了几个重要结论，这对后续的研究开发提供了一个可靠的依据。     

高地温尼格隧道综合降温体系研究

为解决高地温隧道因高温引发的热害问题,以红河州建水—元阳高速公路的尼格隧道为依托,基于能量平衡原则设计各降温措施的适用区间。采用CFD软件模拟进行对照分析,研究尼格隧道现场采用降温措施的效果,构建高地温隧道综合降温体系。结果表明： 1）围岩温度T<32 ℃时采用单通风管道,在围岩温度32 ℃≤T≤40 ℃时采用双通风管道,在围岩温度40 ℃<T≤48 ℃时增设局部雾炮车喷雾降温,在围岩温度T>48 ℃增设冰块降温,且在实际应用中温降可达到理论计算值。2）增大通风量对降温速率的影响最大,可提升37.7%;冰块降温次之,可提升11.6%;喷雾降温提升效果最差,仅提升3.2%;但是对于降温幅度,冰块降温>增大通风量>喷雾降温。3）增大通风量可以加快洞内空气的置换流通,宜作为基础降温措施;冰块降温通过融化吸热可实现大规模的温降,可用在热害等级较高的隧道;喷雾降温可实现局部区域的降温、除尘和加湿,可作为掌子面辅助降温措施实现对隧道的局部降温。