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太阳热反射沥青路面降温机理分析
| 论文题名： | 太阳热反射沥青路面降温机理分析 |
| 关键词： | 沥青路面;太阳热反射涂层;路面温度场;车辙病害;三维有限元 |
| 摘要： | 在夏季,由于沥青路面对太阳辐射的高吸收率,导致沥青路面结构内温度过高产生车辙等病害,同时路面温度也烘烤着其上方的空气,加剧城市热岛效应。近年来,不少针对缓解城市热岛效应的铺面材料被开发利用。本研究依托国家自然基金项目《缓解城市热岛效应的沥青路面太阳热反射涂层的机理研究及材料开发》,通过近3年的前期研究,课题组已成功开发出用于降低沥青路面温度的热反射涂料,并于2011年9月在江西永修-武宁高速公路成功铺筑试验路,然而关于热反射涂层路面的降温机理尚不明晰。鉴于此,本论文运用计算流体力学(CFD)方法,模拟试验路段的沥青路面结构,建立了三维有限元的路面温度场分析模型,并用理论和试验方法分析了模型的合理性。本文的主要研究内容包括: 首先,对沥青路面处在光热环境下的热传导、对流换热以及热辐射的能量传递问题进行研究,根据传热学基本理论得出路面热平衡方程。选择有限体积法作为数值模型建立的基本方法,并概述该方法的网格划分、边界条件设定及导热微分方程求解等问题。利用有限元软件ANSYS-CFX建立路面温度场的数值模型,并通过对模型精度的验证,确定四面体网格划分的最佳尺寸为0.1m。 其次,提出热反射涂层的机械化施工工艺及流程,在江西永武高速公路进行试验路的铺装并测试了路面温度。结果表明在晴天时,普通沥青路面温度明显高于热反射涂层路面温度,白天较高温差时段出现在太阳辐射强烈的12:00～15:00,温差最高达到8℃左右。通过在试验路建立小型气象站得到的气象数据,建立了在不同气象条件下(晴天、阴天)的路面温度场模型,分析了热反射涂层路面和普通沥青路面的模拟温度场,模拟路面温度和实测路面温度吻合较好。 最后,通过路面温度场数值模型,分析了导热系数、比热、吸收率、发射率、密度对路面温度场的影响趋势,并利用正交分析方法对这五个因素进行温度场的敏感性分析,分析表明吸收率对沥青路面温度场影响最大。因此,降低吸收率,提高反射率是热反射涂层能够降温的根本原因。 研究结果为揭示热反射涂层路面降温机理提供了理论支撑,将为进一步优化热反射涂层路面选材奠定基础。 |
| 作者： | 陈肃明 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 朱洪洲;曹雪娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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