發(fā)布時(shí)間：2021-09-02 17:48

　　流體加熱融雪道面系統(tǒng)作為一種主動(dòng)、高效、環(huán)保、可控的新型機(jī)場(chǎng)道面融雪技術(shù)受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。研究人員通過理論模擬、室內(nèi)外試驗(yàn)觀測(cè)等手段,探究了道面的融雪性能及影響因素。然而,針對(duì)流體加熱融雪道面加熱過程中的溫度應(yīng)力,以及溫度應(yīng)力與荷載應(yīng)力共同作用下的道面力學(xué)響應(yīng)缺乏研究,使得流體加熱融雪道面在實(shí)際應(yīng)用中的安全性遭受質(zhì)疑。針對(duì)以上問題,本文開發(fā)了室內(nèi)外流體加熱融雪道面溫度應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng),分析了加熱過程中道面溫度應(yīng)變的分布特性,建立了流體加熱道面溫度應(yīng)力數(shù)值模型并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證,探究了道面溫度應(yīng)力的分布特性,闡明了溫度應(yīng)力與飛機(jī)荷載應(yīng)力的耦合關(guān)系,從融雪-力學(xué)雙目標(biāo)優(yōu)化角度確定了合理的流體加熱道面系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù),并將研究成果用于指導(dǎo)北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)流體加熱道面工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行。主要內(nèi)容及成果如下:考慮機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)與地下土壤熱源分布,在室內(nèi)流體加熱道面力學(xué)性能試驗(yàn)分析基礎(chǔ)上,建立了室外足尺流體加熱融雪道面及配套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。分析了加熱過程中道面溫度應(yīng)變的分布特性,對(duì)比了流體加熱道面與普通道面的溫度應(yīng)變分布差異,明確了熱流的引入對(duì)道面溫度應(yīng)變的影響規(guī)律,闡明了道面溫度與應(yīng)變的關(guān)系。結(jié)果表... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：180 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

降雪導(dǎo)

蠊ぷ鰨?自斐珊槳嘌游螅?雜諭?行能力要求較高的機(jī)場(chǎng)存在顯著的局限性。研究表明采用低冰點(diǎn)材料等化學(xué)方式及利用電、熱等能量轉(zhuǎn)化方式可實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)道面主動(dòng)除冰雪。主要包括低冰點(diǎn)填料道面[14]、流體加熱道面[15]、熱管加熱道面[16]、電加熱道面[17,18]等。其中流體加熱道面以高效、環(huán)保、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注。該方法利用熱泵機(jī)組將外部熱源（淺層地?zé)�、地�(zé)崴肮I(yè)廢熱等）獲取的低品位熱量提升品位后，再利用循環(huán)泵將高溫流體輸送至道面內(nèi)部，通過道面熱傳導(dǎo)將熱量傳遞到表面進(jìn)而融冰化雪[19]，如圖1-2所示。目前，該技術(shù)已被成功應(yīng)用于北歐Goleniow機(jī)場(chǎng)和Oslo機(jī)場(chǎng)[20]。由此可見，流體加熱融雪道面在國(guó)內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景。圖1-2流體加熱道面系統(tǒng)示意圖[13]Fig.1-2Schematicdiagramofhydronicpavementsnowmeltingsystem目前學(xué)者們通過理論分析和室內(nèi)外試驗(yàn)等手段，探究了流體加熱道面的溫度分布特性，明確了道面融雪化冰性能[21]，分析了管道布置參數(shù)和流體升溫特性等對(duì)流體加熱融雪道面系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性影響[22]，闡明了流體管道的引入對(duì)道面在荷載應(yīng)力作用下分布特性的影響規(guī)律。然而，目前對(duì)于流體加熱融雪道面在高溫流體作用下產(chǎn)生的溫度應(yīng)力缺乏研究，這會(huì)造成流體加熱融雪道面實(shí)際應(yīng)用存在重大的安全隱患。此外，當(dāng)飛機(jī)荷載和高溫流體同時(shí)作用于機(jī)場(chǎng)道面時(shí)，在熱力耦合作用下道面內(nèi)部應(yīng)力分布將更加復(fù)雜。以上分析表明，研究流體加熱融雪道面在溫度應(yīng)力和荷載應(yīng)力共同作用下的力學(xué)響應(yīng)是保障流體加熱融雪道面安全的前提。近年來，伴隨著傳感器測(cè)試技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，水泥混凝土道面在飛機(jī)荷載作用下的應(yīng)力/應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律逐漸被揭示。這為本文研究流體加熱道面在溫度荷載作用下的應(yīng)力/應(yīng)變

第1章緒論-5-的加熱差異[30]，且未考慮外界環(huán)境變化的多樣性[31]，與實(shí)際情況差異較大，因此需要建立瞬態(tài)傳熱模型來準(zhǔn)確地模擬實(shí)際融雪情況。1972年，Leal等人[32]采用有限差分法建立了道面板的瞬態(tài)融雪模型。在模型建立中采用了極坐標(biāo)系統(tǒng)，并利用點(diǎn)匹配技術(shù)解決二維瞬態(tài)溫度分布問題。假定試驗(yàn)板完全隔熱，在表面無雪情況下，分析了試驗(yàn)板在高溫、低溫下的瞬態(tài)溫度。1973年，Schnurrl等人[33]在穩(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展研究，提出了二維瞬態(tài)顯示差分模型。該模型采用穩(wěn)態(tài)模型中的邊界條件及假定，采用較粗的網(wǎng)格劃分，得出了比較簡(jiǎn)易的近似解法，僅適用于計(jì)算道路表面處于無雪狀態(tài)時(shí)的溫度場(chǎng)模擬，不能精確地計(jì)算降雪及融雪過程中積雪的變化過程。2000年，Chiasson[34]針對(duì)流體加熱試驗(yàn)板內(nèi)部傳熱情況，在Schnurr的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)格尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，引入了多種算法對(duì)邊界條件進(jìn)行分析，將太陽(yáng)輻射考慮在表面層的熱量平衡中，在輻射熱流密度中引入了天空有效溫度值。該模型在雪層狀態(tài)未發(fā)生變化時(shí)可以準(zhǔn)確模擬實(shí)際情況，然而隨著積雪逐漸融化，融化的雪水消耗表面熱量，將表面溫度降低至冰點(diǎn)，這種情況導(dǎo)致模型計(jì)算的路表溫度結(jié)果較實(shí)際值偏大。2002年，Rees[35]針對(duì)二維瞬態(tài)模型關(guān)于熱流管道及混凝土路面的幾何結(jié)構(gòu)劃分問題，采用有限體積法對(duì)結(jié)構(gòu)邊界進(jìn)行合適的網(wǎng)格劃分，處理了復(fù)雜的管壁網(wǎng)格劃分問題。該模型的突出貢獻(xiàn)在于對(duì)降雪過程的路表的狀態(tài)進(jìn)一步劃分為7種不同的階段：干燥、潮濕、干雪、雪水、雪和雪水、固態(tài)冰、固態(tài)冰加水，如圖1-3所示。圖1-3積雪融化過程示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofpavementsnowmeltingprocess其中，雪和雪水階段的傳熱過程最為復(fù)雜，具體情況如下：冰層質(zhì)量平衡：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]荷載循環(huán)沖擊下跑道軟土沉降及孔壓變化[J]. 韓培鋒,姜兆華,樊曉一,田述軍.  浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(03)
[2]基于雙目標(biāo)優(yōu)化的電動(dòng)汽車有序充電控制策略[J]. 鄭雪欽,吳景麗,熊軍.  廈門理工學(xué)院學(xué)報(bào). 2018(05)
[3]應(yīng)急物資儲(chǔ)備點(diǎn)選址多目標(biāo)優(yōu)化模型及算法研究[J]. 馮艦銳,蓋文妹.  中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2018(06)
[4]B737主起落架輪胎接地壓力分布[J]. 廖志高,袁捷,雷曉萍,史恩輝,劉詩(shī)福.  中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(04)
[5]足尺路面試驗(yàn)環(huán)道路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)[J]. 王旭東.  公路交通科技. 2017(06)
[6]翅片熱管式真空集熱管的熱性能研究[J]. 黃秀勇,王軍,王金平,王俊,張耀明.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2016(09)
[7]智能發(fā)電路面壓電元件保護(hù)措施設(shè)計(jì)及能量輸出[J]. 王朝輝,陳森,李彥偉,石鑫,李強(qiáng).  中國(guó)公路學(xué)報(bào). 2016(05)
[8]溫度應(yīng)力耦合作用下瀝青路面應(yīng)力與變形分析[J]. 易富,朱鳳薇,楊宇婷.  硅酸鹽通報(bào). 2016(01)
[9]基于多種群遺傳算法的電力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化[J]. 陳碧云,韋杏秋,陳紹南,劉柏江.  電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2015(07)
[10]耦合和非耦合效應(yīng)下瀝青路面受力對(duì)比分析研究[J]. 易富,金艷,高健,楊宇婷.  硅酸鹽通報(bào). 2015(03)

博士論文
[1]高溫對(duì)C40高性能混凝土物理力學(xué)性能的影響[D]. 閻蕊珍.太原理工大學(xué) 2015
[2]基于熱流耦合算法的大體積混凝土溫度裂縫宏細(xì)觀數(shù)值模擬[D]. 段寅.武漢大學(xué) 2013
[3]流體加熱道路融雪系統(tǒng)溫—濕耦合融雪模型及仿真分析[D]. 徐慧寧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[4]路面融雪化冰及太陽(yáng)輻射吸熱研究[D]. 黃勇.吉林大學(xué) 2010
[5]融雪化冰水泥混凝土路面研究[D]. 劉凱.長(zhǎng)安大學(xué) 2010
[6]流體加熱道路融雪傳熱傳質(zhì)特性研究[D]. 王華軍.天津大學(xué) 2007
[7]冰雪地區(qū)橡膠顆粒瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)的研究[D]. 周純秀.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
[8]重載交通水泥混凝土路面材料與結(jié)構(gòu)研究[D]. 蔣應(yīng)軍.長(zhǎng)安大學(xué) 2005
[9]高溫時(shí)高強(qiáng)混凝土壓彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究及理論分析[D]. 胡海濤.西安建筑科技大學(xué) 2002

碩士論文
[1]碳纖維/石墨烯導(dǎo)電瀝青混凝土的制備及電熱特性研究[D]. 劉凱.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]飛機(jī)移動(dòng)荷載作用下機(jī)場(chǎng)跑道動(dòng)力響應(yīng)研究[D]. 王云龍.浙江大學(xué) 2017
[3]基于多相夾雜理論的水泥混凝土熱膨脹系數(shù)研究[D]. 吳小雙.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[4]多孔水泥混凝土路面熱輸出量化與溫度預(yù)估模型研究[D]. 李鵬.長(zhǎng)安大學(xué) 2016
[5]飛機(jī)場(chǎng)道耦合作用下場(chǎng)道振動(dòng)響應(yīng)分析[D]. 石興娜.中國(guó)民航大學(xué) 2015
[6]基于水熱式融雪技術(shù)橋面鋪裝溫度場(chǎng)及力學(xué)研究[D]. 馮俊杰.長(zhǎng)安大學(xué) 2015
[7]熱力耦合作用下鋼管混凝土試驗(yàn)與分析[D]. 姜趕超.武漢理工大學(xué) 2013
[8]基于飛機(jī)滑行剛性道面位移場(chǎng)的跑道承載力研究[D]. 董倩.中國(guó)民航大學(xué) 2013
[9]基于加熱的寒區(qū)公路隧道路面防滑技術(shù)的試驗(yàn)研究與數(shù)值分析[D]. 宮成兵.長(zhǎng)安大學(xué) 2012
[10]道路融雪化冰特性實(shí)驗(yàn)研究及其數(shù)值模擬[D]. 張磊.吉林大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3379455