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(guó)北方冬季，下雪或結(jié)冰引發(fā)交通事故，對(duì)交通造成影響，給人民生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成損失。目前廣泛使用的融雪劑化雪方法不僅對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)研究、有限元數(shù)值分析對(duì)于發(fā)熱電纜融雪化冰系統(tǒng)進(jìn)行研究，對(duì)道路表面及結(jié)構(gòu)層內(nèi)的溫度分布、升溫規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬分析，對(duì)該方法在我國(guó)北方地區(qū)的可行性進(jìn)行探討。在此基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的初步控制方案，并對(duì)采用融雪化冰系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)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(shí)驗(yàn)研究。依據(jù)國(guó)外推薦的鋪裝功率為250．400w／m2，在實(shí)驗(yàn)中采用270W

2、／m2，嚴(yán)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(duì)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(jìn)行了測(cè)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(duì)其進(jìn)行求解，將求解結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了模型的合理性。并在此基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)層內(nèi)溫度場(chǎng)、上表面溫度分布和升溫規(guī)律、預(yù)熱時(shí)間融雪效果進(jìn)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(jì)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(gè)回路和

3、整個(gè)系統(tǒng)的初步自動(dòng)控制方案。(4)通過(guò)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(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱電纜融雪化冰的優(yōu)勢(shì)有：熱沖擊小、操作簡(jiǎn)單、控制方便、能保證低溫融雪等。通過(guò)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(dòng)作用。關(guān)鍵詞發(fā)熱電纜；道路；融雪化冰；有限元分析；實(shí)驗(yàn)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