重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪系统传热特性研究

摘要

我国冬季降雪覆盖范围广，由降雪引起的道路交通安全事故众多，在损害人们生命安全和财产安全的同时，道路积雪结冰给人们的出行造成了极大的不便。重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪系统将流体加热技术与热管加热技术结合起来，是一种节能、高效的道路融雪技术。
　　本文设计、搭建了重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪实验平台，基于复合式实验平台开展了一系列实验研究，在此基础上，建立了流体加热路面和热管加热路面的数值计算模型，验证了模型的可靠性，并进行了复合式系统的数值模拟研究。主要研究内容及成果概括如下：
　　首先，针对哈尔滨冬季的天气状况，设计搭建了真实环境中的重力热管/土壤源热泵复合式道路融雪系统，依托复合式系统开展实验研究，分析了供热温度、工质流量、环境温度、埋管间距等对路面温变特性的影响，研究了重力热管辅助土壤源热泵对融雪效果的影响，对比分析了变频调节前后系统的能耗情况。
　　其次，建立了流体加热路面和热管加热路面的数值计算模型，通过与实验数据对比，验证了模型的可靠性，将热阻模型引入热管加热路面计算模型，提高了计算速度，为数值模拟热管加热路面提供了保证。
　　最后，基于建立的数值计算模型，分析了流体加热路面系统中，不同因素对路面温度随运行时间变化以及对温度均匀性的影响；研究了热管加热路面系统中，土壤温度衰减及路面温度分布情况，讨论了路面极限温度的影响因素，给出了冬季路面融雪负荷和热管系统的最大供热量，揭示了热管加热路面能力是有限的，需要土壤源热泵系统协同融雪。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本文主要研究内容

第2章 复合式系统的设计及实验台介绍

2.1引言

2.2复合式实验系统的设计

2.3实验台介绍

2.4本章小结

第3章 复合式系统的实验研究

3.1引言

3.2影响因素分析及实验方案的制定

3.3土壤源热泵系统的内外在影响因素分析

3.4重力热管辅助土壤源热泵系统对融雪效果的影响

3.5土壤源热泵系统变频调节前后对比分析

3.6本章小结

第4章 复合式系统的数值计算模型

4.1引言

4.2流体加热路面的数值计算模型

4.3热管加热路面的数值计算模型

4.4本章小结

第5章 复合式系统的数值模拟研究

5.1引言

5.2流体加热路面的数值模拟研究

5.3热管加热路面的数值模拟研究

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢