发热电缆用于路面融雪化冰的技术研究

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1、摘要在我国北方冬季，下雪或结冰引发交通事故，对交通造成影响，给人民生活和国民经济造成损失。目前广泛使用的融雪剂化雪方法不仅对路面及设施造成损害，而且破坏环境。因此，迫切需要寻求一种新型的融雪化冰方法。本课题主要通过实验研究、有限元数值分析对于发热电缆融雪化冰系统进行研究，对道路表面及结构层内的温度分布、升温规律进行实验测量和数值模拟分析，对该方法在我国北方地区的可行性进行探讨。在此基础上，提出了系统的初步控制方案，并对采用融雪化冰系统的社会经济效益进行了初步探讨。本文的工作如下：(1)丌展了发热电缆融雪化冰的实验研究。依据国外推荐的铺装功率为250．400w／m2，在实验中采用270W

2、／m2，严格按照道路和发热电缆的施工工艺制作了1m2的模型试件，对不同气象条件下的融雪效果、化冰效果、表面升温和结构层内温度进行了测试。(2)利用传热学理论，建立发热电缆融雪化冰系统传热的数学模型，导出结构层内的导热微分方程和定解条件，并利用有限元软件ANSYS对其进行求解，将求解结果与实验结果进行对比分析，发现计算结果与实验结果基本吻合，验证了模型的合理性。并在此基础上，对结构层内温度场、上表面温度分布和升温规律、预热时间融雪效果进行了理论研究。(3)研究发热电缆融雪化冰系统的设计功率的主要影响因素：包括结构层的材料物性、气象条件、铺装方案等，提出铺装功率的指导方案，并提出单个回路和

3、整个系统的初步自动控制方案。(4)通过将发热电缆融雪化冰方法与广泛应用的融雪剂化雪进行对比，发现发热电缆融雪化冰的优势有：热冲击小、操作简单、控制方便、能保证低温融雪等。通过本课题的研究，结果可以为发热电缆在道路融雪化冰的继续研究提供理论基础和依据，从而为该技术的推广应用起到推动作用。关键词发热电缆；道路；融雪化冰；有限元分析；实验研究ABSTRACTItiswellknownthaticeorsnowontheroadsurfacehasgreatinfluences，suchasleadingtOaccident，ontransportationinNorthChina．Thisw

4、ouldseriouslyaffectnationaleconomydevelopmentandlivingsafetyNow,themostcoLIlitlonmethodwheredeicingsaltisusedcoulddestroythesurfaceandestablishmentoftheroadwayandpollutetheenvironment、Therefore，itisimportanttoadoptthenewmethodfordeicingormeltingsnow,Inthispaper，thedeicingandsnow—meltingsystembyu

5、singelectricheatingcableisstudied．Basedonaseriesofexperimentstudiesandfiniteelementanalyses，thetemperaturedistributioninlayerofstructureandascendIngruleoftemperaturearemeasuredandanMyzed．ThefeasibilityofthismethodfordeicIngandsnow—meltingisdiscussed．Furthermore，thesystemcontrolprocedureisdesigne

6、dandtheeconomicalandsocialbenefitsarediscussed．Themainresearchworksaredescribedasfollows：(1)Theexperimentofdeicingandsnow-meltingbyelectricheatingcablehasbeendone．Basedontheinputpowerof250—400w／m=recommendedbyforeigndata，theinputpowerof270W／m2isadoptedinthisexperimentalstudy．Atestsampleof1m2isma

7、deaccordingtoroadconstructiondemandedandelectricheatingcableisburiedinthissample．Snowmeltinganddeicingeffects，temperatureofsurfaceandstructurelayerofroadaremeasured．(2)Basedonthetheoryofheatingtransfer,amathematicalmodelisde