太阳能—土壤蓄热融雪系统路基得热和融雪机理研究

【摘要】： 我国北方大部分地区，冬季都会有不同程度的降雪天气。路面积雪或结冰给交通造成很大的影响，给人民生活和国民经济造成损失。目前广泛使用的融雪剂融化方法不仅对路面造成破坏，而且污染环境。而机械除雪法不够彻底，并且除雪过程中会阻断交通。因此，迫切需要寻求一种更为节能和有效的融雪化冰方法。 太阳能—土壤蓄热融雪是在冬季利用夏季储存在土壤中的太阳能来融化路面冰雪的方法。这种方法更为安全、有效、环保和节能。因此，很多道路包括人行道、车行道、斜坡、桥梁、高速公路以及医院紧急进口等都安装了太阳能—土壤蓄热融雪系统。 本文建立了管壁—土壤—雪耦合模型对太阳能—土壤蓄热融雪系统融雪机理进行了分析。得出了融雪过程中温度场和相界面移动规律，并对系统参数的选择进行分析，得出融雪所需时间与影响融雪系统工作特性的一些参数(外界环境条件，管径，埋管深度，管间距)的关系。在此模型基础上，本文又考虑了将雪作为多孔介质，加入了更为符合实际情况的两点模型，深化了对雪融化机理的研究。并将这两种模型进行了对比，分析了两者的不同之处。在此同时，对夏季土壤蓄热路基得热部分进行了初步的模拟计算，得出哈尔滨市某日逐时路面平均温度、得热量和出口温度，讨论了系统参数(入口流速和路面沥青导热系数)对系统性能的影响，并得出了安装本系统可起到降低路面温度的作用。本文采用采用建模软件GAMBIT建立物理模型，以数值计算软件FLUENT进行模拟计算。 所得结论对太阳能—土壤蓄热融雪系统的设计与优化有重要的参考价值。 【关键词】：太阳能 土壤蓄热 融雪
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U416.1;TK519
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-30
• 1.1 研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 道路除雪方法介绍9-11
• 1.2.2 太阳能—土壤蓄热融雪系统的应用及研究现状11-14
• 1.3 融雪模型的发展14-28
• 1.3.1 稳态模型14-18
• 1.3.2 瞬态模型18-28
• 1.4 FLUENT软件介绍28
• 1.5 本文主要工作28-30
• 2 太阳能—土壤蓄热融雪系统原理30-34
• 2.1 太阳能—土壤蓄热融雪系统简介30-31
• 2.2 路面埋管承重强度计算31-34
• 3 融雪模型Ⅰ及系统参数对融雪时间影响分析34-46
• 3.1 数学模型34-35
• 3.2 几何模型与网格划分35-37
• 3.3 定解条件37-38
• 3.4 系统参数选取38
• 3.5 模拟结果38-44
• 3.5.1 温度分布与相变界面规律38-39
• 3.5.2 融化速度随时间的变化关系39-41
• 3.5.3 参数分析41-44
• 3.6 本章小结44-46
• 4 融雪模型Ⅱ及管壁温对融雪时间影响分析46-52
• 4.1 数学模型46-48
• 4.2 参数选取48
• 4.3 模拟结果48-51
• 4.3.1 相变界面规律48-50
• 4.3.2 参数分析50
• 4.3.3 和本文第三章模拟进行对比50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 系统夏季路基蓄热研究52-63
• 5.1 介绍52
• 5.2 模型建立52-53
• 5.3 定解条件53-56
• 5.3.1 边界条件53-55
• 5.3.2 参数选取55-56
• 5.4 结果分析56-62
• 5.4.1 沥青路面材料导热系数的影响56-59
• 5.4.2 水进口流速的影响59-61
• 5.4.3 有无管道时路面温度对比61-62
• 5.5 结论62-63
• 结论63-65
• 展望65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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