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道路加速加载实验系统路基传热性能研究

作　者: 郑仕建
导　师: 李炳熙
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 加速加载实验 FLUENT 水平埋管温度场模拟结构参数和热力参数优化
分类号: U416.03
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

足尺道路加速加载实验在道路工程中具有重要意义,是解决路面早期损坏、新技术(新结构、新材料、新工艺)的应用、冻土地区的病害与控制、道路养护维修等瓶颈问题的可靠手段。在整个实验系统中,环境模拟控制系统为实验的进行提供了理想的实验环境,使实验数据切合实际,是整个实验系统中不可或缺的重要组成部分。本文在模拟计算之前,首先给出了竖直埋管和水平埋管的传热模型,并重点对线热源理论、圆柱源理论、变热流线热源理论和圆柱源理论模型做了介绍,给出了建立水平埋管换热模型的基本假设,假定各层材料是均一的,忽略了路基中的湿迁移带来的热迁移。对于环境模拟控制系统的核心部分——路基温度场的模拟,涉及到诸多问题需要解决,主要包括:由路面的冷空气流动和路基的制冷管制冷同时作用形成的路基温度场,这里涉及到大平板对流换热、管内强制对流换热、非均匀路基层介质中的热传导问题的耦合,还有计算尺寸大,模拟时间长等因素,这些难题的解决依靠了强有力的计算工具——FLUENT。本文采用FLUENT模拟了路基温度场,在得到计算结果的同时,还使用后处理软件Tecplot使得整个模拟过程动态可视。在此基础上对影响路基温度场的重要结构参数---制冷管的管径和制冷管的管间距,热力学参数:冷空气的温度、冷空气的速度、管内载冷剂的温度、管内载冷剂的速度进行优化,通过对上述参数的比较、分析得到符合工程实际的优化结果,利用优化结果给出了简单的工程设计方案,利用制冷压缩机选型软件VAP7.1.d选出了符合条件的制冷压缩机。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-16
  1.1 课题背景和研究意义  7-9
    1.1.1 课题的研究背景  7-9
    1.1.2 课题研究的目的和意义  9
  1.2 FLUENT软件简介  9-11
  1.3 道路加速加载实验在国内外的发展情况  11-14
    1.3.1 道路加速加载实验在国外的发展研究情况  11-13
    1.3.2 道路加速加载实验在国内的发展研究情况  13-14
  1.4 课题的主要工作内容  14-16
第2章地下埋管传热模型及围护结构冷负荷计算  16-27
  2.1 地埋管传热模型简介  16-19
    2.1.1 线热源理论传热模型  16-17
    2.1.2 圆柱源传热模型  17-18
    2.1.3 变热流条件下的线热源模型和圆柱源模型  18-19
  2.2 水平管模型的建立  19-21
  2.3 围护结构冷负荷计算  21-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章路基温度场模拟  27-40
  3.1 路基结构  27-28
  3.2 网格划分  28-29
    3.2.1 网格加密简介  28
    3.2.2 路基网格划分  28-29
  3.3 控制方程及边界条件  29-34
    3.3.1 控制方程的选取  29-30
    3.3.2 新材料的创建  30
    3.3.3 边界条件的设定  30-33
    3.3.4 边界条件列表  33-34
  3.4 计算结果  34-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章影响路基温度场变化的因素分析  40-51
  4.1 冷空气速度对路面温度的影响  40-42
    4.1.1 路面温度计算  40-41
    4.1.2 风速的影响  41-42
  4.2 冷空气温度对路面温度的影响  42
  4.3 管内载冷剂流速对换热时间的影响  42-44
    4.3.1 载冷剂流速对管内对流换热系数的影响  42-43
    4.3.2 载冷剂流速对换热时间的影响  43-44
  4.4 管径对换热时间的影响  44-45
  4.5 管间距对换热时间的影响  45-46
  4.6 参数优化结果及路基结构图  46-47
  4.7 控制策略  47-50
    4.7.1 制冷管对路基温度场的影响  47-49
    4.7.2 冷空气对路基温度场的影响  49-50
  4.8 本章小结  50-51
第5章复叠式制冷与压缩机选型  51-59
  5.1 复叠式制冷  51-53
  5.2 压缩机的选取  53-58
    5.2.1 压缩机选型的基本原则  53-54
    5.2.2 Bock压缩机  54-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士期间发表的学术论文  63-66
致谢  66

道路加速加载实验系统路基传热性能研究

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