西藏高寒地區(qū)水泥混凝土路面太陽能融雪（冰）技術(shù)研究

【摘要】：西藏高寒地區(qū)道路積雪結(jié)冰現(xiàn)象較為嚴(yán)重,往往造成道路中斷或交通事故。與此同時(shí),作為綠色能源的太陽能資源在西藏高寒地區(qū)較為豐富,如何利用太陽能技術(shù)修建高效、環(huán)保的水泥路面融雪系統(tǒng),對(duì)解決西藏高寒地區(qū)的道路積雪和發(fā)展地區(qū)低碳經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 為了開展西藏高寒地區(qū)水泥混凝土路面太陽能融雪(冰)技術(shù)研究,本文依托西部交通科技項(xiàng)目—《高寒地區(qū)太陽能實(shí)時(shí)融雪(冰)公路技術(shù)研究》,在西藏米拉山頂設(shè)立小型氣象站進(jìn)行高寒地區(qū)氣象資料收集,通過室內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)融雪試驗(yàn)得到了理論分析所必須的計(jì)算參數(shù),進(jìn)行融雪路面板的熱力仿真研究了路面板的融雪性能,并結(jié)合數(shù)值分析編制了水泥混凝土路面融雪(冰)熱力分析軟件,提出了西藏高寒地區(qū)太陽能水泥混凝土路面融雪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。主要研究成果如下： 1、在川藏公路西藏米拉山頂設(shè)立小型氣象站進(jìn)行了高寒地區(qū)氣象資料收集,觀測(cè)資料表明每年米拉山可能的積雪出現(xiàn)在11月中旬到次年的4月初。米拉山太陽能資源豐富,能夠滿足太陽能融雪路面要求。 2、進(jìn)行了室內(nèi)、室外光伏系統(tǒng)和光熱系統(tǒng)路面板融雪(冰)試驗(yàn),得到了不同加熱溫度和功率時(shí)路面板表層溫度與融雪速率的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；進(jìn)行了水泥混凝土路面雪系統(tǒng)熱力分析,得到了熱管深度、間距、加熱流體溫度、環(huán)境條件等對(duì)路面板融雪效果的影響規(guī)律。針對(duì)實(shí)時(shí)融雪過程,研究了預(yù)熱時(shí)間對(duì)路面板融雪效果的影響規(guī)律,分析了預(yù)熱過程中路面板內(nèi)部溫度隨著預(yù)熱時(shí)間的變化以及降雪過程中路面積雪的分布、溫度分布隨時(shí)間變化的規(guī)律,表明采用降雪前路面板預(yù)熱融雪效果最好。 3、在西藏米拉山口進(jìn)行了高寒地區(qū)混凝土路面太陽能現(xiàn)場(chǎng)融雪和加載試驗(yàn),結(jié)果表明光伏系統(tǒng)融雪效果較好,300W/m2功率可以在5個(gè)小時(shí)內(nèi)化完5cm厚的積雪,預(yù)熱融雪效果較好；環(huán)境因素對(duì)路面溫度影響較大,但對(duì)路面板底部影響較?。宦访姘寮訜徇^程中,應(yīng)變隨溫度的上升由壓變拉,加熱管附近的應(yīng)變最大,表現(xiàn)為內(nèi)脹外縮；加載過程中,汽車荷載對(duì)路面的影響較小；XPS板的隔熱效果較好,可以起到保護(hù)凍土路基的作用。 4、根據(jù)所建立的水泥混凝土路面太陽能融雪模型,將融雪工況簡(jiǎn)化為三種工況,編制了水泥混凝土路面融雪熱力分析程序,并提出了西藏太陽能水泥混凝土路面融雪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)采用C30混凝土含加熱管路面板,預(yù)制尺寸采用2m×3m,現(xiàn)澆時(shí)切縫成2m×3m板,縫深應(yīng)超過加熱管埋深；XPS板厚度大于等于5cm,抗壓強(qiáng)度大于5MPa。加熱管功率推薦采用320W/m2,推薦熱管埋深為6～12cm,間距為15～25cm。 【關(guān)鍵詞】：高寒地區(qū) 太陽能 水泥混凝土路面 融雪化冰 室內(nèi)試驗(yàn) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 熱力分析 路面融雪系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：U418.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 項(xiàng)目研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外融雪化冰方法研究13-21
• 1.2.1 常用融雪方法綜述13-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外融雪化冰路面的研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3 目前研究存在的不足21
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線21-23
• 第二章 融雪(冰)路面板室內(nèi)融雪試驗(yàn)23-45
• 2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)介紹23-24
• 2.2 路面板試驗(yàn)設(shè)計(jì)與搭建24-30
• 2.2.1 試驗(yàn)熱力參數(shù)設(shè)計(jì)24-25
• 2.2.2 路面板熱力管網(wǎng)方案設(shè)計(jì)25-26
• 2.2.3 數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)26-28
• 2.2.4 試驗(yàn)系統(tǒng)操作步驟28-29
• 2.2.5 試驗(yàn)方案的實(shí)施29-30
• 2.3 光伏路面小板融雪試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析30-38
• 2.3.1 路面板內(nèi)部數(shù)據(jù)點(diǎn)分組30
• 2.3.2 路面板融雪試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理30
• 2.3.3 融雪系統(tǒng)內(nèi)部溫度的動(dòng)態(tài)特性30-34
• 2.3.4 融雪系統(tǒng)融雪速率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律34-36
• 2.3.5 路面板表層溫度和融雪速率關(guān)系的擬合36-38
• 2.4 光熱路面小板融雪試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析38-44
• 2.4.1 路面板融雪試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理38
• 2.4.2 融雪系統(tǒng)內(nèi)部溫度分布的動(dòng)態(tài)特性38-40
• 2.4.3 融雪系統(tǒng)融雪速率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律40-42
• 2.4.4 試驗(yàn)臺(tái)表層溫度和融雪速率關(guān)系的擬合42-43
• 2.4.5 工況變動(dòng)時(shí)的運(yùn)行效果43-44
• 2.5 小結(jié)44-45
• 第三章 融雪(冰)路面板現(xiàn)場(chǎng)融雪試驗(yàn)45-106
• 3.1 現(xiàn)場(chǎng)融雪(冰)路面試驗(yàn)介紹45-55
• 3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)融雪(冰)路面試驗(yàn)概述45-46
• 3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置及測(cè)控儀器46-49
• 3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)融雪試驗(yàn)的實(shí)施經(jīng)過49-55
• 3.2 西藏高寒地區(qū)氣象數(shù)據(jù)收集及分析55-63
• 3.2.1 氣象數(shù)據(jù)收集56
• 3.2.2 氣象數(shù)據(jù)的分析56-63
• 3.3 現(xiàn)場(chǎng)小板的試驗(yàn)及分析63-81
• 3.3.1 試驗(yàn)方案擬定63-64
• 3.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集64-65
• 3.3.3 光伏和光熱系統(tǒng)融雪效果分析65-69
• 3.3.4 光熱系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析69-71
• 3.3.5 光伏系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析71-81
• 3.4 現(xiàn)場(chǎng)大板的試驗(yàn)及分析81-104
• 3.4.1 試驗(yàn)方案81-82
• 3.4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集82-83
• 3.4.3 融雪效果分析83-87
• 3.4.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析87-104
• 3.5 小結(jié)104-106
• 第四章 融雪(冰)路面板熱力仿真分析及軟件設(shè)計(jì)106-165
• 4.1 路面板熱力融雪模型的建立106-118
• 4.1.1 路面板融雪化冰過程簡(jiǎn)述106-108
• 4.1.2 融雪化冰傳熱物理模型的建立108-115
• 4.1.3 融雪化冰傳熱數(shù)學(xué)模型的建立115-118
• 4.2 穩(wěn)態(tài)工況下路面板融雪過程的熱力仿真118-129
• 4.2.1 有限差分法穩(wěn)態(tài)模型數(shù)值求解118-121
• 4.2.2 埋管形式的影響規(guī)律121-128
• 4.2.3 環(huán)境因素對(duì)融雪過程的影響128-129
• 4.3 滯后融雪非穩(wěn)態(tài)工況的熱力仿真129-141
• 4.3.1 滯后融雪非穩(wěn)態(tài)物理模型建立129-131
• 4.3.2 滯后融雪非穩(wěn)態(tài)過程的熱力仿真131-141
• 4.4 基于預(yù)熱的實(shí)時(shí)融雪過程的熱力仿真141-147
• 4.4.1 實(shí)時(shí)融雪數(shù)學(xué)模型的建立141-143
• 4.4.2 實(shí)時(shí)融雪的熱力仿真143-147
• 4.5 路面融雪(冰)熱力計(jì)算公式147-158
• 4.5.1 工況1的熱量計(jì)算公式148-153
• 4.5.2 工況2的熱量計(jì)算公式153-158
• 4.5.3 工況3的熱量計(jì)算公式158
• 4.6 水泥混凝土路面融雪(冰)熱力分析軟件158-163
• 4.6.1 軟件建模介紹158
• 4.6.2 系統(tǒng)功能及操作流程158-160
• 4.6.3 軟件應(yīng)用160-163
• 4.7 小結(jié)163-165
• 第五章 太陽能融雪水泥混凝土路面系統(tǒng)設(shè)計(jì)165-180
• 5.1 太陽能光伏融雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)165-168
• 5.1.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)165-167
• 5.1.2 太陽能光伏融雪路面系統(tǒng)設(shè)計(jì)167
• 5.1.3 太陽能光伏融雪控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)167-168
• 5.2 太陽能光熱融雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)168-174
• 5.2.1 太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)168-172
• 5.2.2 路面散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)172-173
• 5.2.3 蓄熱方式的選擇以及蓄熱水箱的設(shè)計(jì)173-174
• 5.2.4 融雪控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174
• 5.3 太陽能光伏融雪系統(tǒng)和光熱融雪系統(tǒng)比較174-177
• 5.3.1 太陽能光伏融雪系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)175
• 5.3.2 太陽能光熱融雪系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)175-176
• 5.3.3 兩系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較176-177
• 5.4 太陽能融雪路面系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)177-178
• 5.4.1 路面材料及結(jié)構(gòu)的選擇177-178
• 5.4.2 熱管功率、埋深及間距的選擇178
• 5.5 小結(jié)178-180
• 結(jié)論與建議180-183
• 1. 主要研究結(jié)論180-182
• 2. 主要?jiǎng)?chuàng)新之處182
• 3. 進(jìn)一步研究建議182-183
• 參考文獻(xiàn)183-190
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文190-191
• 攻讀博士學(xué)位期間參與的主要科研項(xiàng)目191-192
• 致謝192

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融雪化冰用碳纖維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究    侯作富

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全玻璃太陽能真空集熱管流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的研究    雷進(jìn)波

掃雪除冰車紅外線加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及加熱過程的數(shù)值模擬    陳光

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發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰的技術(shù)研究    武海琴

冰的韌脆轉(zhuǎn)變行為研究及應(yīng)用    陳巨斌

水泥混凝土路面板下脫空的危害    譚起民,喻洋

一種新的水泥混凝土路面板切割技術(shù)    孫連軍;王火明;

水泥混凝土路面板斷裂原因及防治措施    姜獻(xiàn)東;

板底灌漿法補(bǔ)強(qiáng)脫空水泥混凝土路面的應(yīng)用    李文華;梁濟(jì)豐;張超;

淺談水泥混凝土路面板破壞原因及其防治    翟品良;

水泥混凝土路面板破壞的防治措施    張立輝;

路面平整度對(duì)水泥混凝土路面板變形的影響規(guī)律研究    張曉云;

論水泥混凝土路面板斷裂的原因與防治    劉慶森;

水泥混凝土路面與基層接觸狀況的研究    肖益民,丁伯承

水泥混凝土路面板破壞的原因及其防治    王俊海

水泥混凝土路面板底脫空封堵治理研究    劉濤;卜小明;李治龍;

水泥混凝土路面常見病害及養(yǎng)護(hù)對(duì)策    張勇;

水泥混凝土路面斷板的預(yù)防措施    宋陽;

兩種水泥混凝土路面破碎技術(shù)的應(yīng)用分析    金柏芳;許鷹;周懷治;

淺談水泥混凝土路面早期裂縫產(chǎn)生的原因及維修方法    黃海傳;馬立新;

纖維對(duì)水泥混凝土路面凍融—磨蝕聯(lián)合作用的影響    呂麗華;柳均哲;汪翔;

水泥混凝土路面破碎穩(wěn)固施工工藝與質(zhì)量控制    范小響;甄京山;趙靜;

水泥混凝土路面早期裂縫危害及防治的探討    王俊武;丁兆文;

水泥混凝土路面不均勻變形指標(biāo)與測(cè)定方法探討    高偉;朱光耀;

水泥混凝土路面裂縫成因及預(yù)防措施    徐曉康;孫素娟;

水泥混凝土路面長(zhǎng)壽有“道”    張韶軍

水泥混凝土路面快速修補(bǔ)技術(shù)    呂梁公路分局 鄭東明

水泥混凝土路面維修技術(shù)    

先進(jìn)科技鋪就“北黑”坦途    陳曉光　本報(bào)記者 陳淥

新技術(shù)新材料在水泥混凝土路面滑模施工中應(yīng)用    朱子靳

“水泥混凝土路面加鋪方法”取得成果    易小衛(wèi) 張樂華

廢物再利用 節(jié)能又環(huán)保    吳志軍　陳雄

水泥混凝土路面開裂原因分析    山西金城建筑有限公司 李新民

連續(xù)配筋混凝土路面技術(shù)取得突破    王大鵬

斷裂力學(xué)王國(guó)的探索者    王家平

西藏高寒地區(qū)水泥混凝土路面太陽能融雪（冰）技術(shù)研究    尉學(xué)勇

路面融雪化冰及太陽輻射吸熱研究    黃勇

導(dǎo)熱瀝青混凝土路面太陽能集熱及融雪化冰研究    陳明宇

水泥混凝土路面開裂機(jī)理及破壞過程研究    吳國(guó)雄

山西運(yùn)煤干線水泥混凝土路面損壞分析與典型結(jié)構(gòu)研究    劉少文

路面層間破壞分析與設(shè)置隔離層的水泥混凝土路面新結(jié)構(gòu)研究    易志堅(jiān)

考慮沖刷脫空的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)研究    張擎

基于抗沖刷性能的水泥混凝土路面半剛性基層材料組成設(shè)計(jì)研究    盛燕萍

涵洞、通道上路面結(jié)構(gòu)研究    夏永旭

吉林省公路凍害原因分析及處理方法研究    李向群

基于土壤源熱泵路面融雪系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究    林艷艷

融雪化冰路面溫度場(chǎng)及工作狀態(tài)研究    王琪

基于有限元數(shù)值模擬的水泥混凝土路面冰凍損傷機(jī)理研究    潘晨

城市水泥混凝土路面瀝青混凝土罩面改造的研究    尹凱

麻瑤公路破損水泥混凝土路面加鋪瀝青面層成套技術(shù)應(yīng)用研究    彭聯(lián)君

水泥混凝土路面病害的防治與維修技術(shù)研究    陳華

水泥混凝土路面面板脫空判定及壓漿治理方法研究    馬艷兵

水泥混凝土路面裂縫修補(bǔ)新材料研究    周靈

水泥混凝土路面應(yīng)力吸收層研究    連靜

水泥混凝土路面分析與研究    程濤