多物理场下微波加热沥青混凝土传热性能研究

传统沥青混凝土导热性能差,会产生微波加热温度均匀性差与作用深度小的问题。为了探究影响传热性能的因素,采用数值仿真模拟的方法,根据麦克斯韦方程与傅里叶方程建立传热模型,分析微波加热下,电磁场、材料介电常数以及导热结构对沥青混凝土传热性能的影响。研究结果表明:在这3个影响因素中,电磁场是影响微波加热下模型温升速率以及传热性能的外部因素,电磁场强度越大,模型微波加热温度越高,作用面积越大,模型温度均匀性越好,双波导结构模型比单波导结构模型的温度协同常数(TCOV)降低约16%;较高的介电常数虽然会提高微波加热速率,但温度均匀性变差;导热结构的加入可以明显改善模型的传热性能,当导热结构布置在靠近微波发射源的位置时,相对于其他布置方式,模型的温度均匀性最佳,相较于普通沥青混凝土模型,TCOV可提高17.5%;当外部电磁场一定时,可通过改变沥青混凝土的介电常数并在内部形成高导热结构来提高其传热性能。

SiC砂作细集料增强沥青混凝土的热学性能研究

为了推广微波加热沥青混凝土路面养护技术,突破粉末吸波剂用量的限制,提出使用SiC砂取代细集料进一步提升沥青混凝土微波吸收能力和加热均匀性的方案。采用不同粒径的SiC砂作为微波吸收剂和导热剂取代细集料制备微波增强沥青混凝土,并对比分析不同样品的微波加热性能及导热能力,用矢量网络分析仪测量SiC砂的电磁性能。研究结果表明:SiC砂明显提高了沥青混凝土的微波加热性能,且细砂比粗砂具有更好的效果,替代量为25%的细砂可将沥青混凝土的温升速率从0.251℃/s提升至0.428℃/s,其原因是在低频段(S和C波段)下,细SiC砂的电磁储存和损耗能力比粗SiC砂的强,且细SiC砂在相同厚度下对微波的吸收能力也比粗SiC砂的强;沥青混凝土的导热性能随着SiC砂替代量增大而提高,细SiC砂的提升效果优于粗SiC砂的提升效果;当细砂完全取代细集料时,沥青混凝土导热系数从2.111 W/(m·K)升高到3.238 W/(m·K);调节SiC砂的级配能进一步提高沥青混凝土的导热能力,当级配满足富勒最大密度曲线时提升效果最好。