热流体融雪系统管道结构设计及综合应力分析

摘要

我国北方大部分地区冬季有不同程度的降雪，路面积雪结冰给道路畅通和行车安全带来严重的不良影响，目前融雪剂对路面造成破坏且污染环境，而机械除雪法不够彻底且容易伤害路面。热力融雪除冰技术是具有主动性，环保、高效的融雪除冰技术，国内虽然对热流体融雪技术的融雪热负荷及融雪速率等有比较深入的研究，但是对管道的受力情况的研究尚不完善。
　　本文针对国内融雪情况，对热流体融雪系统的原理进行了分析介绍，并对热流体融雪系统中管道的选材以及对管道的排布形式进行了设计，分析了影响管道应力的三种重要影响因素：管间距、埋管深度及管径；文章还对管道应力进行理论分析，主要包括管道内压及受热变形产生的应力；最后通过有限元软件对影响管道结构应力及热-结构应力的三种重要因素进行模拟分析，分析时采用正交实验设计的方法安排模拟组合情况，探究出三者对应力的影响显著情况，并对结构应力及热-结构应力有显著影响的因素进行深入分析。同时对路面在输入简谐响应后管道的振动敏感区域以及在随机振动下管道的受力情况进行了模拟分析。
　　通过数据处理分析，结果表明：管间距对结构应力有显著影响且在相同埋管深度和管径下，结构应力与管间距是呈指数增长。管径及管间距对热-结构应力有显著影响且在相同埋管深度和管径下，热-结构应力与管间距是呈指数增长关系；在相同埋管深度和管间距下，热应力与管径是呈线性负相关。通过谐响应分析，可知融雪系统中U型管道在频率为3520Hz左右的外部激励下有剧烈振动；通过随机振动分析可知管道热应力在-3?~3?范围内应力值远小于管道材料屈服强度。因此在结构上，管间距最佳取值范围为100?10mm；管径最大不应超过65mm；埋管深度可取60?5mm。

目录

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第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2融冰雪技术的国内外发展现状

1.3 本文研究内容、方法及创新点

第二章 热流体融雪系统原理介绍

2.1 热流体融雪除冰原理

2.2 太阳能融雪热源及系统

2.3 地热融雪热源系统

2.4锅炉加热流体融雪热源及系统

2.5 本章小结

第三章 热流体融雪系统管道结构设计及理论应力分析

3.1 热力融雪系统管道材料选定

3.2热流体融雪系统结构设计

3.3 热流体融雪系统管道应力分析

3.4 本章小结

第四章 热流体融雪系统管道应力数值模拟分析

4.1 热流体融雪系统模型建立

4.2 热流体融雪系统结构应力数值模拟

4.3热力融雪系统热-结构应力数值模拟

4.4 本章小结

第五章 融雪系统管道综合应力结果分析

5.1 融雪系统管道综合应力分析方法

5.2 融雪系统结构应力分析

5.3融雪系统热应力分析

5.4 热流体融雪系统管道结构结果验证

5.5 本章小结

第六章 热流体融雪系统管道受振动载荷分析

6. 1 谐响应及随机振动分析原理

6. 2 融雪系统谐响应分析

6. 3 热流体融雪系统随机振动载荷数值模拟

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文