碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunyi19871225
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当前我国的道路交通飞速发展,对我国经济建设起到了重要的作用。然而冬季的冰雪严重影响道路畅通和行车安全。高速公路、机场跑道和隧道口等重要路段的融雪化冰显得尤为重要。传统的人工机械除雪和融雪剂除雪是有效的除雪方式,但是也带来了很多问题,比如维修费高,污染环境,钢筋锈蚀等。因此为了保障道路的顺畅,需要寻求新的除雪方法。基于土工格栅与融雪化冰的研究,本文提出了碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土融雪化冰的方法。碳纤维/玻璃纤维格栅可以有效增强沥青路面抗车辙能力;同时碳纤维具有良好的物化稳定性以及良好的导电性能。本文主要从数值模拟和试验两方面对碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热性能进行研究。具体研究内容与结论如下:(1)根据传热学理论,建立碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土融雪化冰的数学模型,确定边界条件,采用ANSYS有限元软件对传热过程进行模拟,了解相变过程和沥青混凝土内部的温度分布。(2)数值模拟结果显示化冰过程冰层温度分为三个阶段。第一阶段为冰层的吸热过程,温度呈线性上升;第二阶段为冰层的相变过程,温度上升缓慢:第三阶段为水的吸热过程。用ANSYS有限元软件模拟不同沥青混凝土导热系数的化冰试验,结果显示沥青混凝土的导热系数不会对化冰效率产生很大的影响。(3)通过碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土板在不同环境温度、冰层厚度、风速和发热功率条件下的电热升温试验,分析板表面温度变化。结果显示环境温度越低,冰层厚度越大和风速越大化冰效率越低;提高发热功率可以加快化冰速率。(4)比较多种工况下的试验值与模拟值,第一阶段和第二阶段试验值与模拟值的吻合度比较高。而相变时间越长,第三阶段的吻合度越差。(5)发热均匀性试验表明路面内部的温差在稳定的范围内,若考虑初始温差,碳纤维发热均匀性很好;边缘温度的上升速率与路面升温的速率相比很小,表明向四周流失的热量很少;路面的温度曲线近乎线性上升。室外融雪试验达到了预期的效果,验证了碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热融雪化冰的实用性。
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