一种用于冻土路基调温新型热管措施的实验研究

摘要

在多年冻土地区修建道路工程，首先要考虑由于冻土融化产生的路基沉降问题，尤其是在全球气候变暖的背景下，伴随着寒区道路工程的修建，线性路基下多年冻土上限的变动和冻融循环过程的变化，必将对道路的正常运行造成影响。特别在高寒多年冻土地区修建高速公路，黑色路面将大幅加宽，原来已有的路基冷却措施将遇到困难。因此，本文结合实际工程需要，开展了大量的室内实验。针对实际工程提出一种可铺设在公路路堤某个层面上，对路基实施有效调温的热管复合装置。该装置充分利用热管的良好导热性能与保温材料的热阻效应，在暖季发挥隔热作用，冷季导热性能大幅提高，从而对路基进行主动降温，从降温性能来看，这项措施在现场工程中有广阔的应用前景。本文的研究内容可以归纳为以下几个方面： 1、从热管的原理入手，结合多年冻土地区路基调温原理，提出一种工艺上易于实现，经济高效的环形重力热管思路，并且反复试验在热管上下两端不同的冷热状态下、选用不同工质、不同管壁材料以及不同试验方法的情况下，研究热管的降温效能和降温特性，并建立该重力热管的数学模型。 2、认识到环形热管工作良好的基础上，结合多年冻土地区工程施工需要，通过实验对热管的设计进一步优化，包括工质、管壁材料、热管外形以及热管的尺寸等，最后确定几种可选用工质、管壁材料和热管外形。 3、结合室内实验结果，提出一种复合装置模型，该复合装置由热管与保温材料组成，充分利用热管的良好导热性能和保温材料的隔热性能实现热二极管效应。在夏季热管不工作，利用保温材料的热阻作用阻止外界热量的大量浸入；而冬季，当装置下部温度高于之上温度时，热管开始工作，大量的热量通过热管被带出保温材料下部土体，热管本身的启动温差很小，灵敏度较高。 4、对复合装置的性能进行计算，包括热管在保温材料中的铺设密度，复合装置的视导热系数；结合野外实测资料在沥青路面下，对不同可变导热系数比(包括1t、10t、12t)、不同路堤高度(包括lm、2m、3m)、复合装置不同的铺设位置进行数值计算，进一步论证了该复合装置的优越性能，以及在工程中的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章重力热管传热特性研究以及室内实验设计

第三章PVC热管的实验结果分析

第四章热管设计的优化和改进

第五章有关复合装置效能的计算

第六章结论与展望

参考文献

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