吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (2): 523-530.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210671

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

电热型融雪沥青路面传热特性研究

刘状壮1,2(),张有为1,季鹏宇1,Abshir Ismail Yusuf1,李林1,郝亚真1   

  1. 1.长安大学 公路学院,西安 710064
    2.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室,西安 710064
  • 收稿日期:2021-07-16 出版日期:2023-02-01 发布日期:2023-02-28
  • 作者简介:刘状壮(1986-),男,教授,博士.研究方向:道路材料行为与工程韧性,道路环境感知与智能铺面,交通与能源融合. E-mail: zzliu@chd.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2021YFB1600200);陕西省自然科学基金项目(2019JQ-050);西安市科技计划项目(2019114213CXSF020SF030)

Study on heat transfer characteristics of electric heating snow melting asphalt pavement

Zhuang-zhuang LIU1,2(),You-wei ZHANG1,Peng-yu JI1,Abshir Ismail Yusuf1,Lin LI1,Ya-zhen HAO1   

  1. 1.School of Highway,Chang'an University,Xi'an 710064,China
    2.Key Laboratory of Special Area Highway Engineering,Ministry of Education,Xi'an 710064,China
  • Received:2021-07-16 Online:2023-02-01 Published:2023-02-28

摘要:

为研究电热型融雪沥青路面传热特性及其影响规律,采用有限元方法建立了二维传热模型,分析了发热系统设计参数(布设间距、埋设深度、输入功率)以及环境因素(风速、环境温度)对路表温度分布和升温速率的影响,并通过试验段实测数据验证模型的准确性和有效性。结果表明:二维传热模型可以很好地预测电热型融雪沥青路面路表温度值,平均最大绝对误差为1.1 ℃,平均精度为88.1%,最大精度为96.6%;在发热系统设计参数及外界环境等影响因素中,布设间距是影响路表温度均匀性的主要因素,其次是埋设深度;输入功率和环境因素主要影响电热型融雪沥青路面温度升温速率和最大温度值。

关键词: 道路工程, 融雪路面, 数值模拟, 传热模型, 设计参数, 环境因素

Abstract:

A two-dimensional heat transfer model was established using the finite element numerical simulation approach to investigate the heat transfer characteristics and its influence law of electric heating snow-melting asphalt pavement. The impact of heating system design parameters(layout spacing, embedding depth, and input power) and environmental parameters(wind speed, ambient temperature) on surface temperature distribution and heating rate of the pavement was investigated, and the accuracy and effectiveness of the model are verified by the measured data of the test section. The results revealed that the two-dimensional heat transfermodel can predict road surface temperature of electrothermal snowmelt asphalt pavement well in an accurate level, with an average maximum absolute error of 1.1 °C, an average accuracy of 88.1%, and a maximum accuracy of 96.6%. Among all the factors, layout spacing is the most important factor affecting the temperature uniformity of the road surface, followed by embedding depth. Input power and environmental factors mainly affect the temperature rising rate and the maximum temperature of electrothermal snowmelt asphalt pavement.

Key words: road engineering, snowmelt pavement, numerical simulation, heat transfer model, design parameters, environmental factors

中图分类号: 

  • U421.4

图1

研究区域示意图"

表1

仿真模型参数"

参数名称数值
热导率/[W·(m·K)-11.24
密度/(kg·m-32420
恒压热容/[J·(kg·K)-1900
长度/cm30
高度/cm8

图2

不同间距下结构温度分布图"

图3

不同间距下路表平均温度图"

图4

不同间距路表各点温度"

图5

不同埋深下道路结构温度图"

图6

不同埋深路表平均温度值"

图7

不同埋深路表各点温度"

图8

不同输入功率下道路结构温度分布图"

图9

不同风速下路表温度图"

图10

不同环境温度下道路结构温度分布图"

图11

不同环境温度下路表温度图"

图12

模型预测值与实际值对比"

表2

模块精度"

模块精度/%最大绝对误差/℃
平均值88.10.7
模块195.60.2
模块291.30.6
模块386.80.8
模块473.41.1
模块585.30.9
模块696.60.5
模块788.60.9
模块893.00.7
模块975.51.1
模块1094.50.6
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