日周期变温条件下沥青路面温度场的数值模拟分析(无全文)

作者:李坤 刊名:科技资讯 上传者:

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【摘要】路面破坏成为人们普遍关注的问题,沥青路面不可避免地会受到周围环境和气候变化的影响,而温度的变化是引起路面破坏一个很重要的因素,所以能够合理的计算出路面温度场变得尤为必要。本文根据传热学和气象学的基本原理,并采用ABAQUS有限元软件模拟连续变温条件下沥青路面的温度场,对其变化规律进行了分析。

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1影响沥青路面温度分布的因素影响路面温度场的因素可分为两类,即外部因素和内部因素。外部因素主要包括气温、太阳辐射、相对湿度、风速等气候因素;内部因素包括路面结构的层次组合以及路面材料的热学参数等。沥青路面处于自然环境中,同时受到内外因素的共同影响,从而引起路面结构体的温度呈周期性变化。研究表明,在诸多外部因素中,气温和太阳辐射对沥青路面温度场的影响最大。太阳辐射与天空辐射的能量一部分被路表反射;另一部分则被吸收并转变为热能,这部分热能与外界气温相叠加,由此产生的可观的路表温度,沿路面深度方向向温度较低处传导。而其他因素,如风速、云量、降雨等都与气温和太阳辐射相关。1.1太阳辐射的影响由于太阳辐射的作用,使得大气温度在昼夜之间产生明显的差异,并且呈现出周期性的变化特征。太阳辐射的这种周期性变化规律对路面结构温度场的影响可以近似地用周期性变化的边界条件描述。1.2气温及对流热交换的影响空气温度的变化主要是由太阳辐射和地表辐射造成的,根据相关的气象资料分析,可以得到我国各地正常天气时气温周期性日变化规律:气温在14时左右达到最高,在5:00~6:00时降至最低。气温变化的周期性及非对称性,可以用三角函数的线性组合来拟合:[]0.96sin()0.14sin2()00TTTttttaam=++(1)式中:aT为日平均气温,,aT=()21maxminaaT+T;mT为日气温变化幅度,,mT=()21maxminaaTT,maxminaaT、T分别为日最高与最低气温,;0t为初相位,最大太阳辐射与最高气温的出现时间差加7,以小时计。由于路表换热系数影响因素复杂,在工程应用中,很难计算出准确值,通常采用近似值代替,其主要受风速wv的影响,两者之间呈线性关系:=3.7+9.4cwhv(2)式中:ch为热交换系数,/()2Wm;wv为日平均风速,m/s。风速(m/s)日最高气温()日最低气温()日太阳辐射总量(J/m2)日照时间(h)5.624152510612表2北方某地区某日气象参数图114时的路面结构温度云图图2路面结构体温度随时间的变化表1路面温度场分析热特性参数参数沥青面层沥青碎石水泥稳定碎石石灰粉煤灰土基密度(kg/m3)24002400230017001800热容量C(J/kg)924.9920.2911.710401069热传导率k(J/mh)46804910561651485616绝对零度值Tz()-273路面发射率0.81太阳辐射吸收率s0.9Stefan-Boltzmann常数(J/hm2K4)2.04109210-4681.3路面有效辐射在沥青路面的表面除了发生对流换热,还存在另外一种传热方式,即热辐射。当温度不同的表面之间被透明介质(如真空、空气等)所分离时,表面之间会产生热辐射换热。路面有效辐射的大小主要与地面温度、气温、云量、空气的湿度及透明度等诸多因素相关。以往的研究大多通过适当改变路表面放热系数以修正气温,或者对太阳辐射的幅值进行折减等方法来近似计算路表面有效辐射的释热效果。但这些处理方法存在较大误差,可采用下式直接实现地面有效辐射的边界条件:=Fq[4410()()ZZaZTTTT=](3)式中:Fq为地面有效辐射,/()2Wm;为路面发射率(黑度);为Stefan-Boltzmann常数(黑体辐射系数),5.669710/()824=WmK;01z=T为路表温度,;aT为大气温度,;zT为绝对零度值,。2有限元建模本文利用Abaqus有限元软件来模拟周期性气候条件下路面温度场的变化,根据路面结构体实际情况,从气候学和热传学基

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