THE ANALYTIC THEORY OF THE TEMPERATURE FIELDS OF BITUMINOUS PAVEMENT OVER SEMI-RIGID ROADBASE

Based oil the fundamental principles of meteorology and thermodynamics, the calculation theory of the nonlinear unstable pavement temperature fields of two-dimension layered system by analytic theory is established and the calculation methods of surface temperature, ground temperature distribution along the thickness under different climate conditions are put forward respectively.

沥青路面太阳能集热技术研究进展

地球上化石能源的储量是有限的,而人类发展对能源的需求是无限的。探索可再生能源的利用方法和提高现有能源的利用效率,是解决人类发展过程中能源和环境两个根本问题的主要途径。由于黑色沥青路面具有很强的吸收太阳能的能力,利用沥青路面吸收太阳能成为了一项新型的能源利用技术。基于我国在能源需求和沥青路面的养护技术等方面的现状,归纳了沥青路面太阳能集热技术的研究和应用进展,从理论和试验两个方面总结了沥青路面太阳能集热规律。指出了今后的研究工作主要集中在数值及试验研究太阳能的转换、沥青路面集热器的优化和能量的跨季节存储等方面。

太阳能路面空心板块单元力学分析与模型制备

为了确定合理的太阳能路面模型,提出一种由表层透光保护板、中层太阳电池板和底座预制混凝土空心板3层组成的新型空心板块太阳能路面结构,通过建立合理的三维有限元模型进行受力数值模拟,确定空心板块结构尺寸,并制作太阳能路面空心板块单元模型,测试相应的力学性能和发电效能。结果表明,板长、板宽、侧壁厚与透光板厚对其应力和变形的影响显著,由此确定适宜的空心板块单元尺寸为:整体50 cm×50 cm×25 cm,透光板50 cm×50 cm×2 cm,底座板50 cm×50 cm×23 cm,其中底板厚和侧壁厚均为10 cm。同时,在标准轴载作用下,最不利荷位处透光板的表面弯沉为3.743 mm,透光板对电池板吸收太阳能有一定的阻碍作用,阻碍系数为1.53。所制备的太阳能路面空心板块单元模型能满足行车和发电要求,可为进一步研究太阳能路面提供借鉴。

彩色路面反射率和内部温度的室内测试分析

为准确评价彩色路面材料的反射性能,以双辐射传感器为基础,测试了室外路面反射率,分析了太阳入射强度、传感器高度、入射角度、测点周边环境对反射率测试结果的影响;针对反射率室外测试受环境影响显著的问题,开发了反射率和温度的室内测试系统,对6种常见颜色路面材料的反射率和内部温度进行了测试,并与水泥混凝土、沥青混合料进行了对比.结果表明:太阳入射强度、入射角度对路面反射率室外测试影响极大,强度越大、入射角度越大,反射率测试结果越大;红、黄、蓝、绿4种彩色路面材料的反射率为20%~25%,高于开级配沥青混合料5.8%、密级配沥青混合料5.4%、多孔水泥混凝土16%,略低于密实水泥混凝土32%的反射率;相同辐射条件下,彩色路面材料内部温度普遍低于沥青混合料和多孔水泥混凝土,绿色路面材料具有最佳的降温效果.

沥青路面不饱和聚酯降温涂料的研制

以自制的不饱和聚酯树脂为涂料的基质树脂,通过对不饱和聚脂3种不同常温固化体系凝胶时间的比较,选用过氧化甲乙酮(MEKPO)/环烷酸钴体系为沥青路面热反射涂料固化体系;选择TiO2/SiO2为2/1的功能性填料,经过降温性能测试后,得出推荐填料用量为13%～15%;当功能性填料用量确定为14%,为保证涂料耐磨性最佳,TiO2/SiO2比例确定为10/4;以3种不同的灰色配比方法配制灰色涂料,铁红(0.5%)和铁绿(0.8%)复配制成的灰色涂料降温性能最好;配制出具有良好耐磨性、耐水性、耐汽油性、柔韧性、耐候性及能够有效降低沥青路面表面温度的不饱和聚酯降温涂料。

钢桥桥面铺装层的温度场分布特征

针对钢桥桥面铺装层早期破坏这一世界性难题,以傅立叶传热定律为理论基础,根据气象部门提供的气象资料,运用有限元手段,对钢桥桥面铺装层温度场的温度分布特征进行了系统研究,分析了钢桥桥面铺装层的温度分布规律.结果表明:在相同气候条件下,钢桥桥面铺装层的最高温度远高于道路,并且钢桥桥面铺装层的高温作用时间长,温度波动大,正负梯度转化快,不同深度处最高温度的温度滞后现象不明显;钢桥桥面铺装层内的温度场变化较路面更为剧烈,温度条件更为苛刻.因此,在钢桥桥面铺装设计中,铺装层的高温问题应当引起足够重视.

降低沥青路面温度的热反射涂层性能研究

采用一种新型路面热反射涂层涂布于沥青路面表面,在夏季高温季节时,可有效降低路面温度5~10℃,将该涂料使用在排水性大孔隙路面中降温效果更好;同时对该涂料进行了综合路用性能分析,研究表明,热反射涂层铺装具有良好的耐磨性;随着涂层用量的增加,涂层的抗滑性降低,在密级配试件中使用该涂层时必须添加防滑粒料。由于涂层的高反射率可降低路面温度,因此该涂层对路面车辙病害的预防及缓解具有良好的作用。

道路太阳能利用系统的试验研究

基于扩大太阳能利用范围和同时进行路面融雪化冰的需求,在天津某一空地搭建道路太阳能利用小型试验平台,设计数据自动采集程序,对系统进行为期一年的数据监测。结果表明:在夏季,系统吸收太阳能辐射热可降低路面温度2.8℃,沥青路面的平均吸热效率可达37%,平均蓄热效率为17%;在秋季,系统停止运行,储存在地下换热器附近的热量向周围土壤扩散,土壤温度持续下降,到秋季结束,土壤温度下降了4.4℃;在冬季,储存在地下土壤中的热量通过系统向路面放热,可提高路面温度4.1℃,有效防止路面积雪冻冰。

半刚性基层沥青路面温度场的解析理论

本文从气象学和传热学的基本原理出发，采用解析理论建立了完全依赖气象站标准气象资料的二维非线性路面温度场的计算理论，并对不同气候条件下路面温度、土基温度及沿厚度变化的温度分布给出了相应的计算方法．

太阳能-土壤源热能流体加热道路融雪系统融雪模型的建立

综合考虑融化雪水在道路结构中的传递对道路材料热物理性质的影响,利用含水量作耦合项,建立太阳能-土壤源热能复合流体加热路面融雪系统的温-湿耦合融雪模型,运用显式有限差分法编制模型程序,实现融雪系统仿真。基于建立的模型,探讨计算深度、融雪目标等模型参数对太阳能-土壤源热能复合流体加热路面融雪系统融雪效果评价的影响,得到融雪模型合理的计算深度,并分析融雪目标与融雪系统设计热负荷间的关系。

太阳辐射对青藏高原不同路面类型表面热状况及其下伏多年冻土的影响

分析了青藏高原地区太阳辐射的特点,实测了不同路面类型获得的太阳总辐射和净辐射,计算了路表有效辐射,最终得出水泥混凝土路面和沥青路面的太阳辐射反射系数。利用实际断面地温监测数据分析了太阳辐射对于不同路面类型及其下伏多年冻土的影响,最后由太阳总辐射及大气温度反演了路表温度,并进行了验证,从而得出了一个计算路面表面温度的参数化方法。研究指出,青藏高原地区的总辐射及净辐射均很高,对冻土的稳定不利。路面太阳辐射的反射系数与太阳辐射强度及测试的位置无关,但与路面颜色的深浅关系密切;水泥混凝土路面的反射系数大约在0.48左右,沥青路面的反射系数大约在0.20左右;在相同太阳辐射强度下,沥青路面吸收的太阳辐射能量更多,其下伏的冻土也更容易受到热扰动而退化。

寒区沥青路面的合理设计温度

针对目前寒区沥青路面设计温度的不合理性以及美国公路战略研究计划(SHRP)规定的局限性,结合辽宁省各地区的路面实测温度及其历年的气象资料,综合考虑了影响路面温度的内部主要因素(导热系数、热传递方式)和外部主要因素(气温、太阳总辐射、风速),对寒区沥青路面设计温度进行数值仿真,用数理统计方法研究气温和路面温度的回归关系,给出了沥青路面的高温设计温度和低温设计温度的计算公式。经验证,沥青路面的高温设计温度和低温设计温度计算公式符合统计规律,准确合理。

太阳能-土壤源热能耦合道路融雪系统融雪性能的研究

基于太阳能-土壤源热能耦合道路融雪试验系统,开展能量转化型道路融雪性能的研究,分析了融雪过程道路温度场的变化规律并对影响系统融雪效果的因素进行探讨。研究显示:路面融雪经历初期升温过程-恒温融雪过程-融雪后升温过程3个阶段,且同一水平面内,由于与埋管的距离不同,温度分布不均匀,造成带状无雪区域的出现;太阳能-土壤源热能耦合道路融雪系统影响因素分析表明:管间距、埋设深度、液体流速、环境温度等因素对融雪效果存在显著影响,可针对具体运行工况,通过调整相关参数达到理想的融雪效果。

沥青路面温度场的预估方法

为了快速、准确地获取沥青路面温度场变化,开展了温度场预估方法研究.首先借助有限元方法建立了沥青路面温度场计算模型;然后分析了大气温度、日太阳辐射量等气象因素对沥青面层温度场的影响规律,得到了路面最高温度与大气温度、日太阳辐射量之间的关系式,在此基础上建立了路面内部任一深度处最高温度与路面最高温度相关关系的图表和公式;最后依据沥青路面温度场的日变化特点,以余弦函数方式建立了路面内不同深度处随时间变化的温度函数模型,结果显示:温度场预估值与计算值误差控制在0.5℃之内,完全满足工程使用的要求.因此,利用该模型可实现白天时段的沥青路面温度场预估,通过简单程序即可快速实现,且具有较高的精度.

层状路面体系温度场分析

本文在深入分析层状路面结构的边界条件基础上,建立了二维层状路面体系不稳定温度场的数学模型,求出上述问题的精确解,并针对半刚性基层沥青混凝土路面结构进行了数值分析,取得了成果。

太阳能-土壤源热能复合道路融雪系统融雪特性的仿真分析

针对太阳能-土壤源热能复合道路融雪系统融雪过程,基于自行开发的道路融雪系统融雪模型,采用仿真分析的方法探讨环境温度、雪层厚度、输入热功率等融雪条件对融雪过程中的待融阶段、融化阶段及融后蒸发阶段融雪特性的影响;在此基础上,基于显著影响不同阶段融雪特性的因素,开展太阳能-土壤源热能复合道路融雪系统运行策略的研究,建立针对融雪过程不同阶段的系统运行过程控制图,提出融雪系统运行策略,为太阳能-土壤源热能复合道路融雪系统的运行过程控制提供参考。

基于光伏发电的道路能量收集技术研究进展

道路能量收集是在不消耗额外自然资源的情况下实现发电的一种极具发展前景的可再生能源供应技术,其可以将原本会被耗散和浪费的路域能量进行收集并转化为可用的电能,已然成为当今道路、材料、能源和环境等领域的研究热点。其中,光伏发电技术因绿色高效、成本低而应用广泛,故开发基于光伏发电的道路能量收集技术可有效促进智慧交通的发展及实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。目前,光伏发电技术及其光电转换效率日益提高,但在工程实际应用中,光伏系统的输出功率易受各种环境因素的影响而有待提升。道路工程中光伏发电技术的研究与应用主要集中在路侧、路面及其上方空间,应用区域包括声屏障、边坡、路面、廊道及停车棚等。道路光伏发电技术实现了光伏发电系统与道路工程有机结合的一体化设计,在满足道路和发电功能要求的同时还具有降噪、护坡、承载和遮阳等功能。此外,“光伏+交通”的应用模式不仅能提升交通基础设施的智能化,优化交通能源结构,还可促进公路交通运输的节能减排,蕴藏着巨大的发展潜力和机遇。本文归纳分析了太阳能光伏电池的特点、系统组成及其发电效率的影响因素,定义了基于光伏发电的道路能量收集技术的概念,明确了其应用范围,总结了光伏发电技术在道路工程领域中的最新研究与应用成果及发展现状,据此探讨其存在的问题并展望未来发展趋势,以期促进道路光伏发电技术的科学发展与应用。

基于路面亮度曲线的公路隧道敞开式遮阳棚设计

公路隧道出入口常设置两侧敞开式遮阳棚以改善隧道接近段的亮度过渡和通风问题。基于不同太阳辐射角度和强度下的遮阳棚内路面亮度曲线的分析,研究了遮阳棚的侧向敞开高度、敞开位置以及顶棚玻璃透光率等设计参数对棚内路面亮度曲线的影响。结果表明:侧向敞开高度对遮阳棚内路面亮度曲线的影响最为显著,敞开高度越小,遮阳棚内平均路面亮度越小;当敞开高度一定时,通过调节敞开位置和改变顶棚玻璃透光率可进一步优化路面亮度曲线,使其更接近人眼视觉适应曲线。基于合理的参数化设计,对3种减光方式的敞开式遮阳棚进行了工程实例分析,可为改进类似敞开式遮阳棚的减光设计提供指导。

季节性冻土地区隧间路段沥青路面温度场研究

为研究川藏季节性冻土地区冬季隧间路段沥青路面温度场变化规律,基于康定地区的现场温度观测数据,利用有限元仿真软件对隧间钢桥段和路基段进行了温度场分析。分析结果表明,隧间钢桥段和路基段路面结构温度分布特征有所差异;增大风速与考虑太阳辐射均使路面温度场变化幅度变大,风速从0.0 m/s升高到2.0 m/s,钢桥段和路基段路表最低温度分别下降了2.40℃和2.29℃,但温度变化速率随风速的增大而逐渐减小;受日照时间越长,温度振幅越大,但路基段温度受太阳辐射的影响程度明显大于钢桥段;不考虑风速和太阳辐射条件下,在h=0 cm处钢桥段比路基段最低温度小0.44℃,因此在冬季更易发生结冰现象。相关研究结论为类似工程提供了参考。

基于专利计量的公路领域太阳能光伏应用技术发展分析

为推动清洁能源技术在公路领域的应用,促进交通与能源融合发展,采用专利计量方法,基于采集自智慧芽全球专利数据库的2012—2021十年间公路光伏发电专利数据,首先分析公路光伏发电领域技术发展趋势、专利布局、技术热点和核心专利。进而根据专利技术热点分布地图,分析光伏公路边坡、光伏声屏障、光伏路面、光伏公路廊道、光伏停车棚、光伏充电站等太阳能光伏在公路领域的应用场景及关键技术。最后,结合我国公路光伏发电应用成果,分析目前存在的主要问题,从完善顶层设计、加强关键技术研发和专利布局、建立健全标准规范体系、因地制宜示范推广、完善市场机制等方面提出推动我国公路光伏发电技术发展的政策建议。