第8卷第2期2009年6月热科学与技术JournalofThermalScienceandTechnologyVol.8No.2Jun.2009:167128097(20090220124207DOI:10.3969/j.issn.167128097.2009.02.006循环热流体路面融雪化冰过程传热及其应用分析高青1,2,黄勇2,刘研2,林密2,刘小兵3(1.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,吉林长春130025;2.吉林大学热能工程系,吉林长春130025;3.ClimateMaster公司,美国OK73179摘要:道路集热蓄能融雪化冰实现夏季太阳能集热的季节性蓄能。在分析路面集热、地下蓄能和融雪化冰复合系统过程基础上,系统研究了道路融雪化冰过程传热现象、传热状态和分析方法。对路面融雪化冰的基本传热过程进行分析,建立了基本的数学模型和传热关系,提出了基于热流体循环流动的路面融雪化冰的基本传热过程控制方程,为进一步的模拟计算分析奠定理论基础。关键词:道路交通;融雪化冰;传热;模型:TK124文献标识码:A收稿日期:2008205229;修回日期:2009205222.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50776039.作者简介:高青(19612,男,吉林长春人,博士,教授,博士生导师,主要从事可再生能源利用和传热研究.E2mail:gaoqing@jlu.edu0引言道路集热蓄能融雪化冰是未来能源交通领域可持续发展的新型绿色环保技术,迫于化学融雪的巨大危害,国际上热流体循环道路融雪技术成为重要的发展方向。2008年初春,中国南方突如其来的低温雨雪冰冻灾害给道路交通带来了巨大的损失,其中,坡路、弯路和桥梁等成为交通堵塞的主要部位。因此,路面除冰雪问题成为人们关注的焦点。它不但冬季融雪化冰,而且可实现夏季太阳能集热的季节性蓄能,促进可再生能源的利用[123]。此外,通过夏季降低路面温度,冬季提升路面温度,在减少道路热蚀破坏,提高道路寿命等方面路面具有重要作用。特别对于交通负荷较重的路段(机场跑道、高速路端口、桥梁、坡路和弯道等尤为必要。美、日及北欧的瑞士、冰岛、挪威、波兰等国家开展了许多该领域的研究和应用实验工作。美国芝加哥O’Hare国际机场滑行跑道Snowfree融雪化冰示范实验工程[4]、瑞士A8高速公路Drligen路桥的SERSO热融雪实验工程[2],挪威首都奥斯陆Gardrmoen机场的热泵空调和停机坪热流体循环融雪化冰系统[5],日本二市的高速公路弯坡道路全自动热融雪化冰系统Gaia工程[6],波兰Goleniow机场地源热泵地面融雪化冰系统[7]等是最典型的工程实验研究代表。美国在能源部(DOE、交通部(DOT联邦高速公路管理局和国家基础研究基金的联合资助下,1992年起开始实施HBT(heatedbridgetechnologies计划[8],开发道桥热融雪化冰技术,并首先在五个州开展道桥热融雪化冰实验工程。美国俄克拉荷马州立大学(OklahomaStateUniversity,OSU,建立了当时世界最大的路桥专用实验系统[9210],开展路桥热流体循环融雪化冰技术的研究工作。从1994年开始,日本先后开展了40余项利用地能及太阳能的道路融雪化冰实验工程[11],并获得著名的全球生态技术2005年百佳大奖(Global100Eco.Tech.Awards。波兰华沙大学研究者对桥面埋置列管的路面太阳能集热过程传热开展模拟计算,系统研究了大热容体集热的传热瞬变问题[12]。国内在热融雪化冰方面研究应用还处于起步阶段。1997年,吉林大学研究者率先提出太阳能蓄能融雪化冰在我国北方应用设想[1],并不断在地能利用、地下传热、地下蓄能和融雪化冰等方面开展探索工作[3,13]。此外,国内一些研究单位也相继开展了诸如碳纤维导电混凝土、土壤蓄热和发热电缆等热融雪化冰技术的探索研究。尽管国际上集热蓄能融雪化冰技术得到一定的发展,但主要还是集中在实验应用探索,深入的基础研究有些滞后,国内在集热蓄能的热流体循环融雪化冰研究方面更待开展。为此,本文将对路面融雪化冰的基本传热过程进行分析和模型建立,系统研究融雪化冰过程传热现象、传热状态,建立数学模型和基本传热关系等,为进一步的模拟计算分析奠定理论基础。1集热蓄能融雪化冰系统1.1系统构成集热蓄能热流体循环融雪化冰系统,如图1所示。集热蓄能融雪化冰过程使冬季热融雪化冰、夏季太阳能集热和季节性蓄能利用有机结合,实现全年热力循环的能量利用体系。该过程是一个复杂多变的传热传质动态过程,涉及道桥条件、气候条件、系统设计和运行控制策略等多方...