基于碳纳米纤维纸高效热源路面自融雪化冰系统的研究

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1、ClassifiedIndex:TU111.19U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEINVESTIGATIONSOFSELF-DEICING&SNOW-MELTINGSYSTEMOFCNFP-BASEDHIGH-EFFICIENTTHERMALSOURCECandidate：ZhangQiangqiangSupervisor：Prof.LiHuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation

2、：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在冬季温度处于零下的寒冷地区，公路、机场、桥梁以及人行道等交通道路大面积频繁的降雪结冰。严重阻碍了交通设施的畅通运营，给人民生命财产安全带来了严重威胁，造成了巨大的经济损失；同时也严重影响机场、铁路、舰船甲板等重要的国防设施的正常运营，是非常时期国防安全建设潜在的隐患。传统的基于机械的除雪除冰方法效率低，滞后性强，只适合小范围的使用；而基于以氯化钠除

3、冰盐为代表的化学物除冰法，虽然在一定程度上得到大范围的适用。但是由于其造成的环境污染和路面、钢筋的腐蚀等负面作用严重限制了它的使用。为了保障国民经济稳定发展、交通设施通畅以及人命财产安全，研究新型、高效、可行的路面融雪化冰技术具有非常重要的现实意义。本文主要开展以下几个方面的研究：（1）基于碳纳米纤维纸高效的电热效应和热稳定性、多壁碳纳米管优良热传导特性，制备碳纳米纤维纸高效热源、水泥基/多壁碳纳米管高导热复合材料、AlN陶瓷基片高导热绝缘封装材料，并将其应用于路面融雪化冰系统集成和性能研究。（2）利用太阳能新能源，在室外自然环境融雪和室内冰箱模拟环境化冰测试，验证基于碳纳米纤维纸高导热混

4、凝土路面融雪化冰技术高效、安全、稳定、实用、经济等特点。（3）基于传热学和偏微分方程解析理论，建立表征系统融雪化冰过程非齐次边值问题的一维热传导数学理论模型。通过数学上分解处理将非齐次瞬态边值问题转化为稳态非齐次和瞬态齐次边值问题的叠加，采用分离变量法和级数正交展开方法得到模型的解析解答。（4）利用解析的理论解答，通过参数分析，研究热流密度、环境温度、风速以及积雪/冰厚度等参数对融雪化冰过程的时间和耗能参量的影响。并基于有限元数值分析方法，利用ANSYS热分析模块对系统在多参数影响下的融雪化冰过程做分析研究，并对比解析解答和实验数据，提出基于以上参数影响的以系统工作效率和耗能经济性为目标参

5、量的的理论控制模型。为系统广泛的应用和进一步的优化研究提供理论保障。关键词：碳纳米纤维纸；路面融雪化冰；解析解答；参数分析；ANASYS热分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInwinter,thereisalargeamountoficeand/orsnowcoveredonthehighway,airport,bridgeandpavementfrequentlyinthecoldregionoftemperaturebelowzero.Itnotonlyseriouslyblockssmoothrunningofthesetrafficfacilities,end

6、angerspeople'slivesandpropertysecurity,andcausesgreatnationaleconomiclosses.Butalsoaffectsthenormaloperationofthenationaldefenseconstruction,suchasmilitaryairport,railwayandwarshipdeck,whichmaybeaverypotentialhazardinwarperiod.Asthetraditionalsnow-meltinganddeicingmethods,themechanicalmethodscould

7、notbeusedwidelyduetothelimitationsoflowefficiencyandhysteresisquality.Asamarkedrepresentationofchemicalsaltsmethodsindeicingand/orsnow-meltingapplications,calciumchloridehavebeenextensivelyusedinsnow-meltingand/o