收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析

徐慧宁  
【摘要】:路面积雪结冰是我国大部分地区常见的现象,及时有效地清除路面冰雪对于保障交通安全和提高道路通行能力具有重要的意义。流体加热道路融雪系统以其可控性强、热能来源广、绿色无污染、能源利用率高等优势而备受各国道路工作者推崇。但是,现有的流体加热道路融雪模型忽略了融化雪水在道路结构中传递对道路材料热物理参数的影响致使融雪模型预测精度不高;另一方面,流体加热道路融雪系统由于缺少实测数据的支持,在一定程度上制约了融雪模型的发展。 针对上述问题,本文开发了真实环境流体加热道路融雪试验系统;考虑了融化雪水在道路结构中的传递对道路材料热物理参数的影响,开展了流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型的研究;在此基础上,借助仿真分析的方法探讨流体加热道路融雪系统的融雪特性与融雪效果,制定了融雪系统运行过程控制方法,提出了针对我国不同地区不同融雪目标的流体加热道路融雪系统设计热负荷。主要研究内容及成果概括如下: 首先,采用太阳能和土壤源热能作为融雪系统能量来源,建立了真实环境下的流体加热道路融雪试验系统。依托试验系统开展试验研究,分析了融雪过程热泵系统工作特性及路面温变特性,验证了试验系统的稳定性与可靠性,并探讨了液体流速、管间距、管埋深、环境因素对路面温变特性的影响,揭示了流体加热道路融雪系统良好的环境适应性。 其次,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,建立了流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型。运用计算语言编制模型子程序,将其嵌入HVACSIM+仿真环境,完成了流体加热道路融雪系统仿真的实现。在此基础上,采用不同融雪方式流体加热道路融雪试验数据,验证了流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型的准确性与合理性,对比分析了温—湿耦合融雪模型与温度场单场融雪模型对融雪过程预测精度的差别,揭示了融化雪水在道路结构中的传递对融雪过程的影响。 随后,基于建立的温—湿耦合融雪模型,以发生于路表的各种热流密度为研究对象,分析了其随时间的变化规律,研究了流体加热道路融雪系统融雪特性,明确了融雪过程的三个阶段即待融阶段、融雪阶段及融后蒸发阶段。采用“待融时间”、“融雪过程平均固—液相变热流密度”、“融后5小时平均液—汽相变热流密度”分别表征上述三阶段的融雪特性,分析了融雪条件(环境因素、系统运行参数)对流体加热道路融雪系统融雪特性的影响。基于显著影响融雪特性的因素,建立了针对融雪过程不同阶段的流体加热道路融雪系统运行过程控制图,并据此提出了流体加热道路融雪系统的运行过程控制方法(即运行策略),为流体加热道路融雪系统的运行过程控制提供参考。 最后,基于本文建立的温—湿耦合融雪模型,采用“针对某一融雪目标的无雪时间比”表征流体加热道路融雪系统的宏观融雪效果,分析了地点、系统运行参数、系统设计参数、环境参数等因素对流体加热道路融雪系统融雪效果的影响,并探讨了融雪目标及模型计算深度对流体加热道路融雪系统融雪效果评价的影响。在此基础上,依据我国降雪分布特点及近30年气象数据,选择代表性城市作为研究对象,基于融雪效果提出了针对我国不同地区不同融雪目标的流体加热道路融雪系统设计热负荷,为今后我国流体加热道路融雪系统的设计提供依据。 本文在流体加热道路融雪试验系统开发、温—湿耦合融雪模型研究、流体加热道路融雪系统的运行策略及设计热负荷等方面开展了一系列工作,将促进流体加热道路融雪系统研究的发展及此项技术在我国的推广应用。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U418.41

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵波,李晋;高原冰雪条件下汽车主要性能的变化探析[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);1999年04期
2 高青;于鸣;刘小兵;;基于蓄能的道路热融雪化冰技术及其分析[J];公路;2007年05期
3 蒋贤才;裴玉龙;刘勇;;寒冷地区城市道路信号控制参数取值研究[J];公路交通科技;2008年03期
4 李雪连;陈宇亮;张起森;;高温条件下上坡路段沥青路面结构性能研究[J];公路交通科技;2010年08期
5 彭海平;;融雪剂对天安门广场行道树油松的危害分析[J];河北林业科技;2010年06期
6 靳长征,白晨;浅谈道路结冰的清除[J];河南交通科技;1996年05期
7 齐晓杰,郝晨声,毕凤阳,王革新;城市道路机械式清除冰雪机械研究与探讨[J];黑龙江工程学院学报;2002年02期
8 冯雨芹;于继承;齐晓杰;;高速公路清冰雪技术研究[J];建筑机械;2006年13期
9 张志敏;杜素军;赵世涛;;融雪剂对交通设施和环境的影响及对策研究[J];山西建筑;2010年23期
10 杨书平;;太阳能供热采暖技术新突破[J];建设科技;2010年14期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 周纯秀;冰雪地区橡胶颗粒沥青混合料应用技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 宋存牛;沙漠地区路基路面温度场暨路面工作环境温度指标研究[D];长安大学;2006年
3 谷宪明;季冻区道路冻胀翻浆机理及防治研究[D];吉林大学;2007年
4 王华军;流体加热道路融雪传热传质特性研究[D];天津大学;2007年
5 刘凯;融雪化冰水泥混凝土路面研究[D];长安大学;2010年
6 黄勇;路面融雪化冰及太阳辐射吸热研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 韩子东;道路结构温度场研究[D];长安大学;2001年
2 高辉;北京足球场草坪冬季电热融雪保绿实验研究[D];北京工业大学;2005年
3 武海琴;发热电缆用于路面融雪化冰的技术研究[D];北京工业大学;2005年
4 胡文举;基于土壤源热泵桥面融雪系统的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 王庆艳;太阳能—土壤蓄热融雪系统路基得热和融雪机理研究[D];大连理工大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 柯国军,胡绍全,郭长青,陈振富,石建军,孙德纶,陈俊杰;羧基丁苯胶水泥混凝土阻尼值的探索性研究[J];四川建筑科学研究;2003年04期
2 徐远明;陈宇亮;王新武;;基于蠕变试验的橡胶沥青混凝土粘弹性分析[J];四川建筑科学研究;2011年02期
3 王从锋;刘德富;;高透水性混凝土路面温度场计算分析[J];四川建筑科学研究;2011年04期
4 莫轻兵;张波;李广阔;;沥青路面非线性瞬态温度场数值计算[J];四川建筑科学研究;2011年05期
5 朱洪威;;冷再生混合料疲劳性能的室内试验研究[J];四川建筑科学研究;2012年02期
6 张喆;陆学元;;沥青感温性技术指标的分析与评价[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
7 艾思平;;厂拌热再生沥青的应用研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年04期
8 豆仁国;;改性乳化沥青做高速公路下封层试验[J];安徽建筑;2006年03期
9 简段华;段明华;;SMA路面平整度施工控制[J];安徽建筑;2008年02期
10 王远胜;刘兵;付小康;;超薄高强沥青混凝土(UTA—10)使用性能及施工技术研究[J];安徽建筑;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杭天明;魏鹏;李海波;;嵌挤密实型沥青混合料组成设计与路用性能[A];科技创新 绿色交通——第十一次全国城市道路交通学术会议论文集[C];2011年
2 王海燕;娄中波;张彩利;;地下道路阻燃沥青混合料路用性能研究[A];科技创新 绿色交通——第十一次全国城市道路交通学术会议论文集[C];2011年
3 吴鹏松;吴朝野;周东华;;适应性非线性前馈控制系统在钢轨热处理中的应用研究[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
4 赵宇;王兵;;空间光学遥感器电子设备热分析应用[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 赏国锋;沈国清;;海水淡化膜蒸馏装置传热表面的处理[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
6 秦禄生;;沥青稳定碎石ATB-25和ATB-30路用性能试验研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
7 李怀剑;樊丽丽;;沥青混合料抗车辙性能试验研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
8 傅强;;沥青路面裂缝温度疲劳扩展寿命分析[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
9 薛成;;掺DEPET工程聚酯纤维Superpave沥青混合料路用性能分析及施工质量控制[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
10 彭波;原万杰;戴经梁;;沥青混合料高温稳定性评价方法研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
2 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
3 孙杨勇;粗集料表面微观构造分形性质探讨与沥青路面抗滑性能关系研究[D];华南理工大学;2010年
4 祝红梅;医疗废物中典型组分的热解焚烧特性及回转式流化冷渣三段焚烧系统的数值模拟[D];浙江大学;2009年
5 付玉;纳米蒙脱土改性沥青及沥青混合料老化特性研究[D];武汉理工大学;2010年
6 翟莲;季冻区湖岸构筑物冻害机理及防治方法的研究[D];吉林大学;2011年
7 韩春鹏;石灰处治土路基冻融作用特性研究[D];东北林业大学;2011年
8 但汉成;饱和沥青路面动力耦合分析与路面非饱和排水设计理论研究[D];中南大学;2011年
9 齐平;夹河矿HEMS深井降温系统热能交换分析[D];中国矿业大学(北京);2011年
10 李振霞;沥青路面复合基层结构与材料研究[D];长安大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵永梅;方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究[D];山东科技大学;2010年
2 杨兵;基于改进介电常数模型的沥青路面面层压实度反演[D];郑州大学;2010年
3 李清泉;有机化蒙脱土改性沥青的性能研究[D];长沙理工大学;2010年
4 杨航;掺温拌剂的沥青及其混合料性能研究[D];长沙理工大学;2010年
5 程景;PAN基碳纤维导电沥青混凝土研究[D];长沙理工大学;2010年
6 于志新;排水性沥青路面在山区高速公路中的应用研究[D];长沙理工大学;2010年
7 侯昭光;现场冷再生混合料性能与施工技术研究[D];长沙理工大学;2010年
8 王万平;抗车辙沥青混合料的试验研究[D];长沙理工大学;2010年
9 刘汉中;废旧轮胎橡胶粉复合改性沥青性能试验研究[D];长沙理工大学;2010年
10 熊佳;沥青路面质量控制策略的分析研究[D];长沙理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 童伯良;从第三届国际冻土会议看普通冻土学的成就和动向[J];冰川冻土;1979年01期
2 陈肖柏,童伯良,丁靖康,周长庆;中国冻土研究与工程实践三十年[J];冰川冻土;1979年02期
3 刘鸿绪;法向冻胀力计算——层状空间半无限直线变形体计算在冻土地基中的应用[J];冰川冻土;1981年02期
4 吴紫汪;冻土工程分类[J];冰川冻土;1982年04期
5 徐敩祖,J.L.奥利奋特,A.R.泰斯;土水势、未冻水含量和温度[J];冰川冻土;1985年01期
6 邱国庆,E.张伯伦,I.伊斯坎达;莫玲粘土冻结过程中的离子迁移、水分迁移和冻胀[J];冰川冻土;1986年01期
7 安维东,陈肖柏,吴紫汪;渠道冻结时热质迁移的数值模拟[J];冰川冻土;1987年01期
8 朱强,付思宁,武福学,王忠静,黄军兰;论季节冻土的冻胀沿冻深分布[J];冰川冻土;1988年01期
9 朱林楠;高原冻土区不同下垫面的附面层研究[J];冰川冻土;1988年01期
10 袁忠淮;我国东北寒区建筑中的冻土研究回顾[J];冰川冻土;1988年03期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 郝大力;路面性能的评价与分析研究[D];长安大学;2000年
2 王铁行;多年冻土地区路基计算原理及临界高度研究[D];长安大学;2001年
3 李毅;覆膜条件下土壤水、盐、热耦合迁移试验研究[D];西安理工大学;2002年
4 曲云霞;地源热泵系统模型与仿真[D];西安建筑科技大学;2004年
5 毛雪松;多年冻土地区路基水热力场耦合效应研究[D];长安大学;2004年
6 姜华平;道路交通事故社会经济损失评价理论研究[D];吉林大学;2005年
7 周纯秀;冰雪地区橡胶颗粒沥青混合料应用技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
8 刘小明;导电沥青混凝土的机敏特性研究[D];武汉理工大学;2007年
9 王华军;流体加热道路融雪传热传质特性研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田亚护;多年冻土区含保温夹层的路基温度场数值模拟[D];铁道部科学研究院;2002年
2 吴文勇;日光温室土壤-植物-环境连续体(SPEC)水热耦合运移动态模拟[D];中国农业大学;2002年
3 张永满;西部湿陷性黄土地区路用沥青气候适用性研究[D];长安大学;2003年
4 张彩利;沙漠高速公路高性能沥青混合料研究[D];长安大学;2004年
5 汪海年;青藏高原多年冻土地区路基温度场研究[D];长安大学;2004年
6 邓绍玉;辽宁省沥青路面典型结构研究[D];长安大学;2004年
7 贾璐;沥青路面高温温度场数值分析和实验研究[D];湖南大学;2005年
8 任晓辉;冰的韧脆转变行为研究[D];大连理工大学;2005年
9 武海琴;发热电缆用于路面融雪化冰的技术研究[D];北京工业大学;2005年
10 赵莹莹;化学融雪剂的环境影响探讨研究[D];东北师范大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王朝存;;青藏线道岔融雪系统浅谈[J];铁路通信信号工程技术;2007年02期
2 朱校斌;王新亭;周利;于艳卿;杨沛珊;邹晓兰;孟昭才;康兴伦;;安全绿色环保融雪除冰剂研究[J];科学中国人;2009年12期
3 季山,张德伟,宋文生;黑龙江省积雪和融雪径流的初步研究[J];黑龙江水专学报;1994年03期
4 陈卫东,张波,霸广忠;春雪消融产生的森林径流特征及其影响[J];黑龙江水利科技;2001年03期
5 ;新型道路融雪车[J];发明与创新;2004年01期
6 李荣;道岔化学除雪[J];铁道运输与经济;1982年01期
7 杨嗣信,吴琏;北京西站螺旋车道融雪装置(开泰管)施工技术[J];建筑技术;1996年05期
8 刘俊升;关于季节性基床翻浆冒泥整治的探究[J];路基工程;2005年04期
9 张肇富;道路地热融雪系统[J];市政技术;1999年04期
10 张建新;赵孟芹;章树安;许珂艳;裴莹;;HBV模型在中国东北多冰雪地区的应用研究[J];水文;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 田华;杨晓丹;张国平;赵琳娜;;2009年3月中旬新疆融雪型洪水气象成因分析[A];第27届中国气象学会年会灾害天气研究与预报分会场论文集[C];2010年
2 田华;杨晓丹;张国平;赵琳娜;;2009年3月中旬新疆融雪型洪水气象成因分析[A];中国水利学会2010学术年会论文集(上册)[C];2010年
3 周先觉;;高速公路融雪除冰技术现状与解决方案探讨[A];中国公路学会高速公路运营管理分会2011年度年会暨第十八次全国高速公路运营管理工作研讨会论文集[C];2011年
4 傅华;肖继东;杨志华;李聪;沙依然;;库玛拉克河流域盛夏最大可能融雪雪量估算[A];第28届中国气象学会年会——S1第四届气象综合探测技术研讨会[C];2011年
5 毛炜峄;黄健;;阿克苏河流域1999年夏季洪水气象条件分析和预报服务[A];第五届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会学术论文集[C];2002年
6 李伟平;罗勇;夏坤;;北方森林对地面积雪过程影响的数值模拟研究[A];中国气象学会2007年年会气候学分会场论文集[C];2007年
7 关志成;段元胜;;寒区流域水文模拟研究[A];中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第四届学术讨论会论文集[C];2003年
8 张俊岚;毛炜峰;王金民;张亚新;;渭干河流域暴雨融雪型洪水的气象与水文服务新技术研究[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“气候系统与气候变化”分会论文集[C];2003年
9 王柏林;王经业;任芝花;李伟;雷勇;;固体降水自动化观测试验[A];中国气象学会2007年年会气象综合探测技术分会场论文集[C];2007年
10 管白楠;姜卉芳;薛善斌;姜毅;陈亮;;白杨河水库洪水预报优化调度[A];新疆水利学会获奖论文集(1989-1998)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 何孟洁;新疆进入融雪型洪灾高发期[N];中国气象报;2011年
2 记者 陈西艳;新区清融雪预案发布[N];滨海时报;2010年
3 记者 曹丹 通讯员 薛贵宝;沪宁沪杭高铁首次安装道岔融雪装置[N];人民铁道;2010年
4 记者 李国清 陈群安;湖北执行工作呈现“冰融雪化”趋向[N];人民法院报;2005年
5 记者 陈丹董晓勋 李锐;融雪防冻全面有序展开[N];长江日报;2008年
6 记者 彭波;高温融雪引发洪灾[N];人民日报;2006年
7 殷毅;民间融雪人[N];中国经营报;2008年
8 白增安;邯郸出台主城区融雪清雪方案[N];河北日报;2006年
9 杨建光;青藏铁路道岔融雪装置运转稳定可靠[N];人民铁道;2007年
10 记者 张鸣岐 通讯员 张志顺 高建静;大雪三天清 干道“雪中通”[N];天津日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐慧宁;流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 屠艳平;地源热泵系统融雪化冰可靠性设计及神经网络预测[D];武汉理工大学;2012年
3 刘凯;融雪化冰水泥混凝土路面研究[D];长安大学;2010年
4 高洁;高山积雪的时空分布特征及融雪模型研究[D];清华大学;2011年
5 赵宏明;布置碳纤维发热线的混凝土路面及桥面融雪化冰试验研究[D];大连理工大学;2010年
6 关志成;寒区流域水文模拟研究[D];河海大学;2002年
7 王虹;基于融雪化冰的传导沥青路面优化设计及粘弹性响应分析[D];武汉理工大学;2010年
8 孙志群;基于多源遥感影像的雪盖及雪表面温度反演[D];新疆大学;2012年
9 徐春晖;存在填隙流体颗粒离散元法理论研究[D];中国农业大学;2003年
10 吴堑虹;大别造山带后造山隆升过程研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏召才;融雪过程模拟及积雪特性分析研究[D];新疆大学;2010年
2 杨志超;铁路道岔融雪系统电磁特性研究[D];北京交通大学;2012年
3 贺青山;融雪过程模拟及冻土水热效应分析研究[D];新疆大学;2012年
4 罗鹏;隧道进出口路面自动热控融雪除冰技术研究[D];长安大学;2010年
5 周正;天山北坡典型研究区融雪期积雪光谱特征分析[D];新疆大学;2012年
6 穆振侠;天山西部山区分布式水文模型的研究[D];新疆农业大学;2007年
7 魏克武;新疆下坂地水库洪水测报及调度系统的研究[D];西安理工大学;2005年
8 王红娟;基于GIS和RS的分布式融雪径流模型在干旱区的应用研究—以乌鲁木齐河为例[D];新疆大学;2004年
9 李文科;基于网络的电加热道岔融雪系统的设计与实现[D];西南交通大学;2011年
10 张景亚;环境友好、作物营养型融雪剂开发研究[D];郑州大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026