發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰的技術(shù)研究

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1、摘要在我國北方冬季,下雪或結(jié)冰引發(fā)交通事故,對交通造成影響,給人民生活和國民經(jīng)濟造成損失。目前廣泛使用的融雪劑化雪方法不僅對路面及設(shè)施造成損害,而且破壞環(huán)境。因此,迫切需要尋求一種新型的融雪化冰方法。本課題主要通過實驗研究、有限元數(shù)值分析對于發(fā)熱電纜融雪化冰系統(tǒng)進行研究,對道路表面及結(jié)構(gòu)層內(nèi)的溫度分布、升溫規(guī)律進行實驗測量和數(shù)值模擬分析,對該方法在我國北方地區(qū)的可行性進行探討。在此基礎(chǔ)上,提出了系統(tǒng)的初步控制方案,并對采用融雪化冰系統(tǒng)的社會經(jīng)濟效益進行了初步探討。本文的工作如下:(1)丌展了發(fā)熱電纜融雪化冰的實驗研究。依據(jù)國外推薦的鋪裝功率為250.400w/m2,在實驗中采用270W

2、/m2,嚴格按照道路和發(fā)熱電纜的施工工藝制作了1m2的模型試件,對不同氣象條件下的融雪效果、化冰效果、表面升溫和結(jié)構(gòu)層內(nèi)溫度進行了測試。(2)利用傳熱學(xué)理論,建立發(fā)熱電纜融雪化冰系統(tǒng)傳熱的數(shù)學(xué)模型,導(dǎo)出結(jié)構(gòu)層內(nèi)的導(dǎo)熱微分方程和定解條件,并利用有限元軟件ANSYS對其進行求解,將求解結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析,發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合,驗證了模型的合理性。并在此基礎(chǔ)上,對結(jié)構(gòu)層內(nèi)溫度場、上表面溫度分布和升溫規(guī)律、預(yù)熱時間融雪效果進行了理論研究。(3)研究發(fā)熱電纜融雪化冰系統(tǒng)的設(shè)計功率的主要影響因素:包括結(jié)構(gòu)層的材料物性、氣象條件、鋪裝方案等,提出鋪裝功率的指導(dǎo)方案,并提出單個回路和

3、整個系統(tǒng)的初步自動控制方案。(4)通過將發(fā)熱電纜融雪化冰方法與廣泛應(yīng)用的融雪劑化雪進行對比,發(fā)現(xiàn)發(fā)熱電纜融雪化冰的優(yōu)勢有:熱沖擊小、操作簡單、控制方便、能保證低溫融雪等。通過本課題的研究,結(jié)果可以為發(fā)熱電纜在道路融雪化冰的繼續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)和依據(jù),從而為該技術(shù)的推廣應(yīng)用起到推動作用。關(guān)鍵詞發(fā)熱電纜;道路;融雪化冰;有限元分析;實驗研究ABSTRACTItiswellknownthaticeorsnowontheroadsurfacehasgreatinfluences,suchasleadingtOaccident,ontransportationinNorthChina.Thisw

4、ouldseriouslyaffectnationaleconomydevelopmentandlivingsafetyNow,themostcoLIlitlonmethodwheredeicingsaltisusedcoulddestroythesurfaceandestablishmentoftheroadwayandpollutetheenvironment、Therefore,itisimportanttoadoptthenewmethodfordeicingormeltingsnow,Inthispaper,thedeicingandsnow—meltingsystembyu

5、singelectricheatingcableisstudied.Basedonaseriesofexperimentstudiesandfiniteelementanalyses,thetemperaturedistributioninlayerofstructureandascendIngruleoftemperaturearemeasuredandanMyzed.ThefeasibilityofthismethodfordeicIngandsnow—meltingisdiscussed.Furthermore,thesystemcontrolprocedureisdesigne

6、dandtheeconomicalandsocialbenefitsarediscussed.Themainresearchworksaredescribedasfollows:(1)Theexperimentofdeicingandsnow-meltingbyelectricheatingcablehasbeendone.Basedontheinputpowerof250—400w/m=recommendedbyforeigndata,theinputpowerof270W/m2isadoptedinthisexperimentalstudy.Atestsampleof1m2isma

7、deaccordingtoroadconstructiondemandedandelectricheatingcableisburiedinthissample.Snowmeltinganddeicingeffects,temperatureofsurfaceandstructurelayerofroadaremeasured.(2)Basedonthetheoryofheatingtransfer,amathematicalmodelisde

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