基于风光互补的隧道口融雪化冰研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100248硕硕士士学学位位论论文文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：道路路与铁道工程论文题目：基于风光互补的隧道口融雪化冰研究英文题目：Theresearchonthemeltingsnowoftunnelopeningbasedonthewindandsolarpower学生姓名：喻国平导师姓名：苏跃宏教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要我国近40%的货物通过高速公路实现流转，高速公路已成为社会发展的重要助推器。隧道处于道路交通的

2、关键连接点，而隧道口是由敞开段的高速公路向全封闭隧道过渡的关键位置，堪称道路交通的“咽喉”。由无冰雪路面行驶到结冰的路面时，司机往往对隧道口行车困难估计不足造成交通事故进而引发交通阻塞，因此隧道口成为国内外寒冷地区和冻雨地区除雪去冰的关键部位之一，控制隧道口处的交通事故发生率对于整体降低高速公路交通事故发生率，保持交通畅通有着重要意义。同时利用内蒙古地区丰富的风能资源和太阳能资源，通过风光互补发电系统为融雪化冰系统提供电能。本课题研究基于风光互补的隧道口融雪化冰，在沥青混凝土路面层底部铺设碳纤维发热线，通

3、过碳纤维发热线散发的热量传递到路面进行融雪化冰。沥青混凝土起到传递力量载体的作用，研究沥青混凝土的导热性对其温度场变化的研究很有必要，实验得到沥青混凝土的热阻为0.0081ሺmଶ∙Kሻ/W，导热系数为6.1019W/ሺm∙Kሻ。碳纤维发热线在沥青混凝土中的布设间距对融雪化冰有很大的影响，通过研究碳纤维发热线的发热半径，发现碳纤维发热线的布设间距与热流密度存在如下关系式：݂ሺݔሻൌ2lnሺെ36.1427൅0.2926ݔሻ。分析了各种环境因素对融雪化冰各个阶段的影响，并用加热均匀系数具体量化了加热均匀性，发

4、现加热均匀性主要受布线间距的影响，布线间距越大加热均匀性越差；通过不同布线形式对融雪化冰的影响对比，认为布线形式的影响基本可以忽略不计；环境温度对融雪化冰升温阶段的影响较大，环境温度越低，升温阶段的时间越长；热流密度主要影响融雪化冰融化阶段的时间，热流密度越大，融化阶段的时间越短。为风光互补发电系统提供了设计依据。给出了如何计算融雪化冰系统的最大耗电功率，同时结合工程所在地气候确定的风电和光电发电比例，根据风力发电机组单机发电功率和光伏电池组单元发电功率推算出所需的风机和光伏电池的数量。关键词：导热系数；

5、碳纤维发热线；加热半径；加热均匀系数；风光互补发电I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractNearly40%ofthegoodsinourcountryhavebeentransferredthroughtheexpressway,andtheexpresswayhasbecomeanimportantboosterforthedevelopmentofthesociety.Thetunnelisatthecriticalpointofroadtraffic,andthetunnelentrancei

6、sthekeytothetransitionfromtheopensectionofthehighwaytothefullclosedtunnel,whichiscalledthethroatoftheroadtraffic.Travelingfromicefreeroadtotheicyroad,driverstendtotunneltrafficdifficultiesunderestimatedcausetrafficaccidentandtrafficcongestion,sothetunnelh

7、asbecomeoneofthekeypartsofsnowtoicecoldregionsandfreezingrainareaathomeandabroad,Itisofgreatsignificancetocontrolthetrafficaccidentrateofthetunnelentrancetoreducetheaccidentrateandkeepthetrafficflowing.Atthesametime,weusetheabundantwindenergyresourcesands

8、olarenergyresourcesinInnerMongoliaareatoprovideelectricityforsnowmeltingandicemeltingsystemthroughwindandsolarhybridpowergenerationsystem.Thistopicresearchtunnelentrancemeltingicebasedonwindandsolarenergycomplementa