浇注式导电沥青混凝土组合结构热传导效应预估模型

为进一步确定浇注式导电沥青混凝土组合结构热传导效应及融雪化冰工作时间,系统研究了浇注式导电沥青混凝土组合结构传导热基本原理,建立了浇注式导电沥青混凝土组合结构上面层热传导效应预估模型,分别实测和预估了不同环境温度、结构层厚度及通电时间等条件下组合结构上面层的表面温度,确定了浇注式导电沥青混凝土融雪化冰工作时间,并采用pearson相关性检验方法,对比分析及验证了浇注式导电沥青混凝土组合结构的热传导效应预估模型的准确性,为浇注式导电沥青混凝土在桥面铺装领域的推广应用奠定基础。结果表明:浇注式导电沥青混凝土组合结构传导热过程是一种瞬态非稳态导热过程,不同环境条件下,组合结构上面层表面温度在初期上升、中期转折、后期下降等三阶段的预估误差分别维持在0.2～0.8℃、0.3～1.2℃和0.7～5.5℃,其融雪化冰工作时间预估误差则维持在16 min左右;不同环境温度、结构层厚度和通电时间等条件下,预估模型得出的组合结构上面层表面温度的预测值与实测值相关系数介于0.974 0～0.989 0之间,相应P值均小于0.01,判定系数R^2介于0.948 7～0.978 1之间,两者为显著相关,拟合优度较高,预估结果较为准确。

太阳能-土壤源热能耦合桥面融雪系统温度分布特性的研究

依托太阳能-土壤源热能耦合桥面融雪系统试验路开展桥面融雪系统温度分布特性的研究,对比分析有无加热系统的桥面温度场分布规律,研究加热系统运行对桥面温度分布的影响,并通过调整测试工况,对影响桥面温度分布的因素进行探讨。研究显示:正常天气状况下,桥面不同深度处的温度、热流密度日变化均近似呈正弦状分布;随着深度的增加,日温差及热流密度的日波幅逐渐减小;太阳辐射是桥面温度变化的重要影响因素。加热系统的运行,增大了桥梁结构内部的传热量,改变了桥梁结构一定深度范围内热流传递的方向,桥面温度分布发生显著改变。对影响系统运行效果的因素研究表明:可通过使用高导热系数管材、提高循环流体温度及流速改善太阳能-土壤源热能耦合桥面加热系统的使用效果。

埋管形式对水热式桥面融雪的影响

应用有限元程序建立了数值模型,利用有限差分法对稳态工况下的桥面融雪过程进行热力仿真分析,以山区温泉水为热流体介质研究了环境温度为-5℃、表面风速为2 m/s、水温为15℃条件下埋管间距、埋管深度对融雪过程中桥面温度分布及热流密度的影响规律.结果表明:埋管周围等温线分布较密,热流密度较大;埋管深度与埋管间距对桥面温度与热流密度分布的均匀性有较大的影响,较小的埋管深度与埋管间距有利于提高桥面表面温度并具有较大的热流密度,促进融雪进程和速率.综合考虑融雪效果、施工、经济性等多方面的因素,建议埋管深度为2cm,埋管间距为15cm.

发热电缆布设方式对桥面融冰化雪的影响分析

文章基于江苏徐州地区温度气候状况,利用ABAQUS建立以发热电缆为电加热介质的桥面温度场数值模型,研究了发热电缆融冰化雪工程中发热电缆布设方式对冬季桥面温度场的影响。结果表明:桥面的温度场分布和桥面升温时间受发热电缆的线功率、布设深度和布设间距影响较大;发热电缆周围温度梯度较大,增加发热电缆的线功率、减小布设深度和布设间距,可以加快桥面升温速度,从而提高融冰化雪效率。通过对融冰化雪效率、效果、经济性和施工便捷性的综合考虑,建议发热电缆布设的线功率采用28 W/m,布设深度为10 cm,布设间距为10 cm。

碳纤维发热线布设方案对桥面融冰化雪的影响研究

基于有限元软件ABAQUS建立了温度场数值模型,对不同工况下桥面升温状况进行仿真分析,以碳纤维发热线为电加热介质研究了在江苏徐州地区碳纤维发热线线功率、铺设深度和铺设间距对融冰化雪工程中桥面升温状况及桥面温度分布的影响规律。结果表明:碳纤维发热线周围温度梯度较大。碳纤维发热线的线功率、铺设深度和铺设间距对桥面的温度场分布和桥面升温时间均有一定的影响,较大的线功率、较小的铺设深度和铺设间距有利于较快的升高桥面温度,提高融冰化雪效率。综合考虑融雪效果、耗电量和施工便捷性,建议碳纤维发热线的线功率为35 w/m,铺设深度为10 cm,铺设间距为12 cm。

用于桥面铺装内融雪、降温的方法研究

冬季雨雪、低温等恶劣天气会造成桥面铺装层的摩擦系数变小;夏季沥青混凝土在高温下产生“塑性变形”的特性容易造成车辆方向难易控制,引发道路交通事故。因此,需要冬季及时有效地融化桥面冰雪,夏季对桥面时时降温,在减少交通事故发生的同时也有利于延长桥梁的使用寿命,保证公路建设的投资效益。本文就一种桥面铺装内融雪、降温装置从其技术原理、技术安全可行、设置科学、布局合理、设备安全可靠、材料安全稳定等方面进行探讨。

桥梁桩基单桩储热与桩身力学特性模拟研究

在当今能源短缺的背景下,利用地热能进行桥面除冰融雪是一种比较经济环保的融雪方式,即冬季利用地热对桥面进行除冰融雪。基于FLAC3D,建立单桩模型,进行桩基储热及桩身力学特性的模拟。研究结果表明:呼和浩特地区冬季桩基换热管温度稳定在7.75℃;桩基传热影响半径在3 m左右;在研究传热时间对桩身力学特性影响中发现,随着传热时间的增大,桩身所受的拉应力逐渐增大,而压应力和桩身竖向位移逐渐减小;在研究传热温度对桩身力学特性影响中发现,随着传热温度的增加,压应力在增大,桩身竖向拉应力在减小;同时随着桩身前半段竖向位移减小,桩身后半段竖向位移会逐渐增大。

基于能源桩的桥面融雪系统经济效益评估

基于能源桩的桥面融雪系统,利用清洁绿色的地热能为道路融雪除冰,从而降低碳排放,与我国“双碳”战略发展趋势相契合。在技术落地过程中,实现优化设计从而降低成本至关重要。通过数值模拟方法,研究了该系统在中国不同气候区的产热量,并计算了三级融雪目标下桥面融雪所需热量。同时,建立了成本测算模型,分析了各气候区代表城市最具经济效益的能源桩融雪方案,并基于该模型开发了计算软件,以简化应用流程。研究结果表明:在短期运行中,桥面建安费和热泵费用是对成本影响最大的因素。然而,在长期运行中电价成为最关键因素;当热通量需求变化时,电力融雪系统的总成本增量约为能源桩融雪系统的2倍;在恶劣气候环境和更严苛的融雪目标下,能源桩融雪系统的相对节省曲线更陡峭,优势显著;此外,国家政策的积极支持能弥补该系统初始投资成本高的短板,增强其市场竞争力。