发热电缆用于路面融雪化冰的实验研究

为了掌握发热电缆用于路面融雪化冰的特性,建立了发热电缆路面融雪化冰的实验装置,对公路试件表面及内部的温度分布、升温过程进行了测量,探讨了北京地区沥青混凝土道路铺装发热电缆的功率及应用．研究结果表明:外界气候条件(尤其是气温)是影响发热电缆融雪效果的主要因素,单位面积的发热电缆的铺装功率为250-350 W,可以满足北京地区的路面融雪化冰要求．     

地源热泵路面融雪化冰可靠性设计及应用分析

分析了地源热泵路面融雪化冰系统的随机性,基于可靠度理论,提出了路面融雪化冰的可靠性设计方法及设计步骤,推导出了可靠度计算公式.考虑主要因素的随机特征,结合工程实例进行设计计算.结果表明,降雪量的变异性及系统的可靠度对融雪化冰耗热量的影响较大.与确定性计算方法相比,路面融雪化冰可靠性理论对研究系统的安全、稳定性具有重要意义,为系统的优化设计奠定了基础.     

发热电缆用于路面融雪化冰的模型

为研究发热电缆路面融雪化冰机理,采用有限元分析方法对路面温度变化进行研究,得到不同气候条件下道路表面及结构层内的温度分布、升温规律.将数值模拟结果与实验测量结果进行比较,发现二者吻合较好.研究表明:依据北京地区近10 a的气温数据,采用铺装功率为250～350 W/m~2的发热电缆可满足北京地区路面融雪化冰的要求.     

地能利用中道路融雪逐年运行过程分析

针对道路集热蓄能融雪化冰过程进行逐年运行分析,研究能源利用状况。结果表明:冬季大雪量和密集降雪的融雪过程将导致地下温度连续下降,系统功耗增加。通常最大瞬时吸热率发生在融雪过程的开始时段,随着进程吸热率逐渐降低,并存在一定波动。逐年的地能利用将导致地下均衡温度降低,热泵系统COP降低。算例分析表明,5年后地下均衡温度降低8.5%。由此可知,利用太阳能路面集热和季节性地下蓄能将是热融雪化冰技术可持续应用的重要保证。     

内置式发热电缆路面除雪融冰能效分析

针对路面内置式碳纤维发热电缆融雪化冰的具体情况,建立路基结构的热力学模型和有限元分析模型,采用瞬态热分析方法,计算出路基内部温度场分布情况。采用实验测定数据对有限元模型进行修正后,研究发热电缆铺设间距、埋深、输入电流以及环境温度和风力等因素对发热效率的影响。最后结合工程施工情况,确定一组优化的发热电缆铺设参数和加热控制参数,提高了发热能效,为内置式碳纤维电缆路基施工提供了理论依据。     

空心陶瓷微珠隔热层对碳纤维电缆融雪路面升温速率影响研究

为分析空心陶瓷微珠隔热层对碳纤维电缆融雪路面升温速率的影响,综合考虑公路路面、外部环境及碳纤维发热电缆的传热特性,利用红外热成像技术与数值模拟,分析了隔热层对融雪路面升温速率的影响,揭示了空心陶瓷微珠的隔热机理。研究结果表明：空心陶瓷微珠隔热层能够显著提高融雪路面的升温速率,增设隔热层升温速率提高23.4%~35.3%,在电缆间距200 mm、埋深5 cm的试验路段,经过2 h升温试验,路面最高温度从-5.2℃达到1.8℃,平均升温速率为3.5℃/h。空心陶瓷微珠组合形成的反热隔热层,能很好地吸波反射、降低导热率,减小热量向下传播,使热量多集中在路面上层,温度场分布更加均匀。增设空心陶瓷微珠隔热层较减小电缆间距可节约88.3%~91.7%的材料成本。     

路面太阳能集热探讨与分析

太阳能季节性利用已经成为未来应用发展的重要方向.其中,道路集热蓄能融雪化冰技术作为能源交通领域可持续发展的新型绿色环保措施越来越受到关注.本文通过分析初夏和盛夏太阳能路面集热,研究太阳能集热量等参数在夏季随时间变化规律,比较初夏和盛夏太阳能集热效果,探索基于蓄能的太阳能利用时段.     

电极对碳纤维导电发热混凝土性能的影响

研究了四电极法和埋入电极法得到的电阻差异性规律，同时也研究了埋入不锈铜片电极及埋入网状电极在电阻率、电热效果方面的差异，提出了可采用上下式电极来制作导电发热混凝土的方案，并将路面融雪化冰用碳纤维导电混凝土所需的碳纤维体积含量降低到了0．22%，不仅可以大幅降低制作发热混凝土的成本，而且还可以提高发热混凝土铺层的强度。     

导电混凝土电热层布置对路面除冰效果的影响

介绍了导电混凝土的概念及碳纤维混凝土的电热效应；从能量守恒的角度分析了导电混凝土电热层的不同布置对混凝土路面融雪化冰效果的影响。分析结果表明，采用导电混凝土覆层的形成布置电热层可取得较好的融雪化冰效果，导电混凝土覆层的厚度为40－50mm。     

流体加热道路融雪系统的设计热负荷

为了提高流体加热道路融雪系统设计的可靠性,开展了流体加热道路融雪系统设计热负荷的研究.基于自行开发的道路融雪系统融雪模型,采用数值仿真分析方法探讨了系统运行参数、环境参数等因素对系统融雪效果的影响;在此基础上,依据我国气候特点开展了流体加热道路融雪系统设计热负荷的探讨.研究表明:预热时间、单位面积输入热负荷、道路材料、埋设管材显著影响降雪开始时刻道路结构温度场、单位面积输入能量、沿程能量损失、热量传递到上表面所需时间及热量传递能力,因此,可通过调整系统运行参数及道路设计参数达到优化融雪效果的目的;另一方面,地点不同达到相同融雪效果所需热负荷不同.依据我国降雪分布特点及近30 a气象数据,提出了针对我国不同地区的流体加热道路融雪系统设计热负荷参考值,为今后我国流体加热道路融雪系统的设计提供依据.     

一种沥青路面用融雪抗凝冰材料的制备

以Al₂O₃为载体,醋酸盐为抗凝冰活性物质,制备一种道路沥青路面用融雪抗凝冰材料。考察了醋酸钙和醋酸镁的物质的量比对制备材料冰点的影响、三种载体的吸附效果和疏水剂加入量对醋酸盐析出量的影响,同时对抗凝冰融雪效果进行考察。利用红外光谱和热重分析对制备材料的结构及稳定性进行表征。结果表明,融雪抗凝冰材料中醋酸钙和醋酸镁的物质的量比为1∶2,选用自制Al₂O₃载体,有机硅疏水剂的质量分数为9%时,融雪抗凝冰材料高温稳定性较好,具有较好的抑冰融雪效果。     

导电混凝土除冰化雪系统输入功率的有限元计算

用有限元程序成功地分析了导电混凝土除冰化雪系统.通过对除冰时的分析,验证了方法的正确性,同时得到了除冰时间与输入功率的关系,进而确定了除冰时所需的最小功率.通过对除雪时的分析,得到了经济合理的除雪方式及最小输入功率,为导电混凝土的制作和该系统的工程应用提供了坚实的理论基础.     

道路融雪化冰过程冰层的热融特性

通过模拟道路冰层热融过程,实验研究了热负荷、冰层厚度等对寒冷环境下冰层融化的传热规律、温度变化、融冰率和冰融水流变性的影响作用。通过研究融冰率、道路构造层和冰层温度时变规律,探索了热融冰特征。研究表明,冰层热融过程中,融冰率变化经历未融、融化加速和融化减缓3个阶段,每个阶段受热负荷作用影响明显,若采用变负荷加热,可更有利于融冰过程能量利用的综合效果。冰层厚度对路基层温度影响较大,冰层越厚,路基层温度越低。通过提高热负荷,可提升路基层温度,保证道路温度。此外,冰融水流动和移动将产生一定的路基层和路面层温度波动。     

大跨径钢结构箱梁桥铺管法热力融雪研究

摘要：本文在道路融雪除冰基础上,分析研究了融雪除冰技术的热融化法在钢箱梁桥上的应用。并根据现代钢箱梁桥及其铺装较薄的特点,对热力管道的铺设提出新的方法,改变传统道路融雪设计上埋管于道路和桥梁铺装层中的方式,换成钢箱顶板下部的铺设位置,并对两种铺设方式的温度场进行对比分析。又基于低温钢材脆性理论和钢箱梁桥疲劳特性分析,钢板处铺设方式保证了钢箱薄弱处冬季工作温度,防止该处发生脆性破坏,既保证了融雪除冰的要求,又保证了钢箱梁桥的安全工作状态。     

微波除冰方法研究

为解决我国北方寒冷地区冬季道路积冰不易清除的问题，提出了应用微波加热清除道路积冰的设想。通过实验证实了冰不易吸收微波，而路面材料能够吸收大量微波。因此，微波能够透过冰层加热路面，使贴近路面的冰层融化，消除冰层与路面之间的结合力，然后就可以很容易地利用除冰机械对其清除，这样，就消除了纯机械除冰的弊病。     

微波除冰方法研究

为解决我国北方寒冷地区冬季道路积冰不易清除的问题,提出了应用微波加热清除道路积冰的设想.通过实验证实了冰不易吸收微波,而路面材料能够吸收大量微波.因此,微波能够透过冰层加热路面,使贴近路面的冰层融化,消除冰层与路面之间的结合力,然后就可以很容易地利用除冰机械对其清除,这样,就消除了纯机械除冰的弊病.     

Evolvement regularity of signal control parameters of urban road in cold region

In snow-icy road environment, the survey data indicate that the largest decrease in traffic flow running characters occurs when snow and ice begin to accumulate on the road surface. Saturation flow is decreased by 16%, speed is decreased by 30%, and start-up lost time is increased by 27%. Based on the signal control theory of HCM and Webster, the character values of traffic flow in different urban road environments were investigated, and the evolvement regularity of signal control parameters such as cycle, split, green time, offset, yellow time and red time in snow-icy road environment was analyzed. The impact factors and the changes in the scope of signal control parameters were achieved. Simulation results and practical application show that the signal control plan of road environment without snow and ice will increase the vehicle delay, stop length and traffic congestion in snow-icy road environment. Thus, the traffic signal control system should address a suitable signal control plan based on different road environments.