本文選題：融雪化冰 + 路面集熱�。� 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：路面集熱結(jié)構(gòu)是平板式太陽能集熱結(jié)構(gòu)的一種。夏季時(shí)路面集熱系統(tǒng)吸收的能量可以通過蓄能方式儲(chǔ)存供冬季道路融雪化冰應(yīng)用,因此道橋集熱和融雪化冰系統(tǒng)是一種復(fù)合能源利用的系統(tǒng)。本文針對(duì)集熱路面的集熱過程進(jìn)行傳熱分析,從實(shí)際工程的集熱路面提取幾何模型和物理模型。針對(duì)集熱路面的物理模型特點(diǎn),選擇合適的流動(dòng)模型和輻射模型,基于集熱路面?zhèn)鳠岱治鲈O(shè)定相應(yīng)的邊界條件。通過分析不同工作條件的仿真結(jié)果,對(duì)路面集熱過程的基本性能進(jìn)行分析。通過仿真模擬探究循環(huán)流體的流速和初始溫度對(duì)集熱路面的集熱性能的影響。研究顯示,在一定范圍內(nèi)隨著循環(huán)流體流速的增加,集熱效率提高,且隨著流速的增加,單位面積集熱量和集熱效率存在峰值。環(huán)境因素也對(duì)于集熱路面的集熱過程有一定影響。本文探究了環(huán)境風(fēng)速和太陽輻射強(qiáng)度對(duì)路面集熱過程的影響。仿真結(jié)果顯示,隨著路面環(huán)境風(fēng)速的增大,循環(huán)流體溫升逐漸減小,單位流程溫差和單位面積集熱量也逐漸減小,所以環(huán)境風(fēng)速對(duì)于路面集熱過程是一個(gè)不利因素,集熱路面系統(tǒng)應(yīng)選擇在風(fēng)速較小的天氣情況下運(yùn)行。太陽輻射強(qiáng)度存在峰值時(shí)間段,路面溫度相對(duì)太陽輻射強(qiáng)度變化存在滯后性。除了集熱路面工作環(huán)境,道路集熱結(jié)構(gòu)對(duì)路面集熱性能也有一定的影響。本文建立了多組不同路面形態(tài)、不同管間距、不同管徑以及不同置管深度的集熱道路網(wǎng)格模型,通過仿真分析道路集熱結(jié)構(gòu)對(duì)路面集熱的影響作用。在一定范圍內(nèi),減小管間距、增大管徑有利于路面集熱,其集熱效率大幅度提高。環(huán)境風(fēng)速越小、太陽輻射強(qiáng)度越大,路面吸熱總量越大,有利于集熱系統(tǒng)的集熱過程。基于對(duì)冬季道路融雪化冰傳熱過程的分析,根據(jù)實(shí)際工程需求,提取坡度為15°的彎道/坡路的物理模型,利用VOF模型、融化模型以及流動(dòng)模型的多模型組合,模擬路面融雪化冰過程。融化的液態(tài)水在重力作用下流至道路邊緣且在融化過程中,冰雪層的出口處液體的流速存在峰值,斜坡路面減少路面上液態(tài)水蒸發(fā)的耗熱量,有利于減少干燥冰雪路面的能耗。
[Abstract]:Pavement heat collecting structure is a kind of flat solar energy collecting structure. In summer, the energy absorbed by the road surface heat collection system can be stored in the form of energy storage for the application of road snow melting ice in winter, so the road and bridge heat collection and snow melting ice system is a kind of composite energy utilization system. In this paper, the heat transfer analysis is carried out in view of the heat collecting process of the collector pavement, and the geometric and physical models are extracted from the actual engineering heat collecting pavement. According to the characteristics of the physical model of the collector pavement, the appropriate flow model and radiation model are selected, and the corresponding boundary conditions are established based on the heat transfer analysis of the collector pavement. By analyzing the simulation results of different working conditions, the basic performance of pavement heat collecting process is analyzed. The effects of flow velocity and initial temperature of circulating fluid on the performance of collector pavement were investigated by simulation. The results show that the heat collection efficiency increases with the increase of circulating fluid velocity in a certain range, and with the increase of flow velocity, there is a peak value of heat collection and heat collection efficiency per unit area. Environmental factors also have a certain impact on the heat collection process of the road surface. In this paper, the effects of environmental wind speed and solar radiation intensity on the process of road surface heat collection are investigated. The simulation results show that, with the increase of the wind speed, the temperature rise of circulating fluid decreases gradually, the temperature difference per unit flow and the heat accumulation per unit area decrease gradually, so the environmental wind speed is a disadvantageous factor for the process of road surface heat collection. The collector road surface system should be selected to operate under the condition of low wind speed. There is a peak period of solar radiation intensity, and the change of road surface temperature relative to solar radiation intensity is lagging. In addition to the working environment of road surface, the structure of road heat collection also has a certain impact on the performance of road surface heat collection. In this paper, a grid model of a collection road with different pavement shapes, different pipe spacing, different pipe diameters and different pipe-setting depths is established, and the effect of road heat collecting structure on pavement heat collection is analyzed by simulation. In a certain range, reducing the distance between pipes and increasing the diameter of the pipe is beneficial to the collection of heat on the pavement, and its heat collection efficiency is greatly improved. The smaller the ambient wind speed, the greater the solar radiation intensity and the larger the total heat absorption of road surface, which is beneficial to the collection process of heat collection system. Based on the analysis of snowmelt and ice heat transfer process in winter road, the physical model of bend / slope with slope of 15 擄is extracted according to the actual engineering requirements, and the combination of VOF model, melting model and multi-model of flow model is used. The process of snow melting and ice melting is simulated. The melting liquid water flows to the edge of the road under the action of gravity. During the melting process, the flow velocity of the liquid at the exit of the ice and snow layer has a peak value, and the slope pavement reduces the heat consumption of the evaporation of liquid water on the road surface, which is conducive to reducing the energy consumption of the dry ice and snow pavement.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U418.41;TK513

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本文編號(hào)：2031304