太陽(yáng)熱反射瀝青路面降溫機(jī)理分析.pdf

1、在夏季,由于瀝青路面對(duì)太陽(yáng)輻射的高吸收率,導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度過(guò)高產(chǎn)生車(chē)轍等病害,同時(shí)路面溫度也烘烤著其上方的空氣,加劇城市熱島效應(yīng)。近年來(lái),不少針對(duì)緩解城市熱島效應(yīng)的鋪面材料被開(kāi)發(fā)利用。本研究依托國(guó)家自然基金項(xiàng)目《緩解城市熱島效應(yīng)的瀝青路面太陽(yáng)熱反射涂層的機(jī)理研究及材料開(kāi)發(fā)》,通過(guò)近3年的前期研究,課題組已成功開(kāi)發(fā)出用于降低瀝青路面溫度的熱反射涂料,并于2011年9月在江西永修-武寧高速公路成功鋪筑試驗(yàn)路,然而關(guān)于熱反射涂層路面的降

2、溫機(jī)理尚不明晰。鑒于此,本論文運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法,模擬試驗(yàn)路段的瀝青路面結(jié)構(gòu),建立了三維有限元的路面溫度場(chǎng)分析模型,并用理論和試驗(yàn)方法分析了模型的合理性。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 首先,對(duì)瀝青路面處在光熱環(huán)境下的熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱以及熱輻射的能量傳遞問(wèn)題進(jìn)行研究,根據(jù)傳熱學(xué)基本理論得出路面熱平衡方程。選擇有限體積法作為數(shù)值模型建立的基本方法,并概述該方法的網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)定及導(dǎo)熱微分方程求解等問(wèn)題。利用有限元

3、軟件ANSYS-CFX建立路面溫度場(chǎng)的數(shù)值模型,并通過(guò)對(duì)模型精度的驗(yàn)證,確定四面體網(wǎng)格劃分的最佳尺寸為0.1m。
　　 其次,提出熱反射涂層的機(jī)械化施工工藝及流程,在江西永武高速公路進(jìn)行試驗(yàn)路的鋪裝并測(cè)試了路面溫度。結(jié)果表明在晴天時(shí),普通瀝青路面溫度明顯高于熱反射涂層路面溫度,白天較高溫差時(shí)段出現(xiàn)在太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈的12:00～15:00,溫差最高達(dá)到8℃左右。通過(guò)在試驗(yàn)路建立小型氣象站得到的氣象數(shù)據(jù),建立了在不同氣象條件下(晴天、

4、陰天)的路面溫度場(chǎng)模型,分析了熱反射涂層路面和普通瀝青路面的模擬溫度場(chǎng),模擬路面溫度和實(shí)測(cè)路面溫度吻合較好。
　　 最后,通過(guò)路面溫度場(chǎng)數(shù)值模型,分析了導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、吸收率、發(fā)射率、密度對(duì)路面溫度場(chǎng)的影響趨勢(shì),并利用正交分析方法對(duì)這五個(gè)因素進(jìn)行溫度場(chǎng)的敏感性分析,分析表明吸收率對(duì)瀝青路面溫度場(chǎng)影響最大。因此,降低吸收率,提高反射率是熱反射涂層能夠降溫的根本原因。
　　 研究結(jié)果為揭示熱反射涂層路面降溫機(jī)理提供了理論支撐