電熱管融冰雪路面熱能特征分析及評價方法研究.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。
　　本文通過理論分析和試驗研究，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)，將實際工程中電熱管融冰雪路面的三維結(jié)構(gòu)簡化為二維模型。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算的理論模型。
　　(2)進行電熱

2、管融冰雪路面升溫的室內(nèi)試驗。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，設(shè)計合理的電熱管埋設(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小板的鋪裝。通過測量試驗小板表面的溫度，驗證提出的電熱管融冰雪路面溫度計算理論模型。
　　(3)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，提出電熱管融冰雪路面溫度計算的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。比較理論模型與經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷膬?yōu)缺點:理論模型適用范圍廣、誤差較大;經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦m用范圍窄、誤差較小?；诒容^分析，提出綜合兩者優(yōu)點的電熱管融冰雪路面溫度計算的半經(jīng)驗?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行能量計算。在電熱管融冰雪路面室內(nèi)升溫試驗的基礎(chǔ)上，進行融雪試驗，測量融雪質(zhì)量，驗證有限元模型的正確性?；谟邢拊Ｐ偷哪芰坑嬎憬Y(jié)果，分析不同融雪階段里，四個影響因素（電熱管埋設(shè)間距、埋設(shè)深度、加熱功率和環(huán)境風(fēng)速）對融冰雪路面能量耗散及其利用率的影響。將有限元計算結(jié)果與響應(yīng)面法結(jié)合，建立路面融雪總耗時和散失能量比的預(yù)測

4、模型。利用遺傳算法，將預(yù)測模型作為適應(yīng)性函數(shù)，計算出耗時少、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)，和以此為計算參數(shù)的電熱管融冰雪路面融雪效果的新評價指標（ψ）。利用有限元融雪模型的計算結(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TA和Cn的影響，并結(jié)合響應(yīng)面法建立TA和Cn的預(yù)測模型。通過回歸分析，建立ψ和融冰雪路面溫度特征值(TA