本文關(guān)鍵詞：混凝土路面碳纖維發(fā)熱線融雪化冰研究

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【摘要】：目前,國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)識(shí)到使用碳纖維發(fā)熱線融化路面積雪的優(yōu)點(diǎn),并對(duì)此進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。但由于受到試驗(yàn)條件的限制,研究的局限性較大,試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性也較差。因此,本文采用有限元法分析了布置碳纖維發(fā)熱線的混凝土路面融雪化冰的性能。利用ANSYS熱分析模塊,建立了布置碳纖維發(fā)熱線的混凝土路面的有限元分析模型,考慮發(fā)熱線布置間距、環(huán)境溫度、風(fēng)力等級(jí)、積雪厚度以及輸入功率等參數(shù)的影響,計(jì)算了1440種不同情況下的混凝土路面的溫度-時(shí)間曲線。得到了如下主要結(jié)論： (1)結(jié)合熱力學(xué)理論,分析了布置碳纖維發(fā)熱線的混凝土路面融雪化冰系統(tǒng)熱量傳遞、對(duì)流換熱以及相變等過程。在ANSYS軟件熱分析模塊中選取了合理的數(shù)值分析模型并確定了邊界條件�？紤]分層融雪的特點(diǎn),優(yōu)化了模型單元網(wǎng)格劃分,以兼顧計(jì)算的效率與精度； (2)與室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比證明了本文提出的有限元分析模型及計(jì)算方法的正確性： (3)融雪化冰的時(shí)間分別與碳纖維發(fā)熱線間距、環(huán)境溫度和輸入功率成反比,與冰層厚度和風(fēng)力等級(jí)成正比,融雪化冰的效率受碳纖維發(fā)熱線間距、輸入功率、環(huán)境溫度、冰層厚度和風(fēng)力等級(jí)等多因素影響,但碳纖維發(fā)熱線間距及輸入功率對(duì)其影響較大。當(dāng)其他條件保持不變時(shí),隨積雪厚度的增加,風(fēng)速變化對(duì)系統(tǒng)融雪化冰效率影響減小； (4)總結(jié)了不同情況下冰雪完全融化所需要的時(shí)間,可為工程設(shè)計(jì)提供參考。當(dāng)碳纖維發(fā)熱線布置間距、環(huán)境溫度、風(fēng)力等級(jí)和積雪厚度已知時(shí),可按照時(shí)間要求選定系統(tǒng)的輸入功率以達(dá)到融雪化冰的目的。
【關(guān)鍵詞】：融雪化冰 工程設(shè)計(jì) 有限元分析 碳纖維發(fā)熱線
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U416.216
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外融雪化冰方法的研究概況10-19
• 1.2.1 融雪化冰方法簡(jiǎn)介10-11
• 1.2.2 清除法11-12
• 1.2.3 化學(xué)融雪法12-13
• 1.2.4 導(dǎo)電混凝土法13-16
• 1.2.5 路面加熱系統(tǒng)16-18
• 1.2.6 其他方法18-19
• 1.3 融雪化冰方法總結(jié)與對(duì)比19
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及研究意義19-22
• 2 布置碳纖維發(fā)熱線混凝土板融雪化冰原理及ANSYS熱分析計(jì)算22-30
• 2.1 前言22
• 2.2 傳熱學(xué)基本理論22-28
• 2.2.1 傳熱學(xué)的基本概念22-23
• 2.2.2 熱力學(xué)能量方程23-24
• 2.2.3 模型假定及定解條件24-27
• 2.2.4 相變分析27-28
• 2.3 ANSYS熱分析計(jì)算28-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 3 有限元模型的建立及驗(yàn)證30-48
• 3.1 模型參數(shù)選取30-37
• 3.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)30-33
• 3.1.2 物理參數(shù)33-35
• 3.1.3 環(huán)境參數(shù)35-36
• 3.1.4 邊界條件建立36-37
• 3.2 網(wǎng)格劃分及溫度分布37-42
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分37-39
• 3.2.2 碳纖維發(fā)熱線加熱系統(tǒng)溫度分布39-42
• 3.3 計(jì)算模型驗(yàn)證42-47
• 3.3.1 試驗(yàn)基本情況42-43
• 3.2.2 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比43-47
• 3.4 小結(jié)47-48
• 4 有限元計(jì)算結(jié)果及分析討論48-112
• 4.1 有限元計(jì)算參數(shù)選取及計(jì)算結(jié)果48-97
• 4.2 結(jié)果分析及討論97-101
• 4.2.1 各參數(shù)對(duì)融雪化冰的影響97-99
• 4.2.2 化冰效率討論99-101
• 4.3 融雪化冰時(shí)間分析101-111
• 4.4 小結(jié)111-112
• 結(jié)論112-113
• 參考文獻(xiàn)113-117
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況117-118
• 致謝118-119

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：988599