就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法技术

本发明专利技术公开了一种就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法，目的在于，通过对加热功率对沥青路面温度场的影响进行研究，能够为实际就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制提供可靠依据，所采用的技术方案为：包括：1)建立沥青路面非稳态导热模型；2)建立并简化沥青路面非稳态导热方程；3)求解沥青路面非稳态导热方程；4)对沥青路面非稳态导热进行仿真。本发明专利技术基于传热学原理，对沥青路面就地热再生工艺沥青路面加热环节中，加热功率与沥青混合料的温升特性、加热时间、热功率之间的关系等进行了深入研究，以期为沥青路面加热功率控制提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于公路沥青路面再生
，具体涉及一种就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法。
技术介绍
截止2014年底，中国公路总里程达446.39万公里，其中高速公路通车总里程达到11.19万公里，超过美国成为世界第一，沥青混凝土铺装的公路占有很大比例。随着我国经济和公路建设突飞猛进的发展，车辆的吨位不断增加，越来越多的铁路货运转向快捷、灵活的公路运输。交通量的增加、轮胎压力的增高、越来越大的载荷以及使用年限的增长，均加速了道路的老化，沥青路面出现了不同程度的裂缝、泛油、车辙、坑槽等病害，性能大幅降低，严重影响驾乘性能。在众多沥青路面养护技术之中，就地热再生可用于修复沥青路面面层4cm以内的各种病害。沥青路面加热是就地热再生工艺的首道工序，其目的在于使再生深度范围内(一般为4cm)的沥青混凝土软化，消除黏结力，减少后续集料工序中骨料的破碎。加热温度过高，容易导致沥青过度老化，甚至焦化，降低再生沥青混合料的性能；加热温度过低，铣削和翻松过程中容易使骨料破碎，破坏再生混合料的级配，降低再生路面的承载能力。因此，脱离了温度而谈沥青路面就地热再生性能是毫无意义的，合适的路面加热温度，即加热功率控制对就地热再生质量具有重要作用。虽然国内外诸多学者从不同角度对就地热再生沥青路面温度场进行了研究，但主要集中在基于传热学原理，对不同条件下沥青路面温度场的变化进行了研究，并提出了系列的计算模型。但这些文献都未研究就地热再生过程中加热功率对沥青路面温度场的影响，对机器设计和作业过程中的加热功率控制指导作用有限。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出了一种沥青路面加热功率控制计算方法，能够为实际就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制提供依据。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：包括以下步骤：1)建立沥青路面非稳态导热模型：沥青路面以整体形式存在，加热器位于沥青路面上方，通过对流或辐射将热能从沥青路面表层输入；2)建立沥青路面非稳态导热微分方程： ∂ T ∂ t = α ∂ 2 T ∂ z 2 ]]>式中，T为沥青混合料试样温度，单位为℃；t为时间，单位为s；α为热扩散系数，单位为m2·s-1；3)求解沥青路面非稳态导热微分方程：第一阶段为初始温度为T0的半无限大的沥青路面(z≥0)，当时间t＞0时，在z＝0边界表面有强度为q＝q(t)的热流密度流入，直到z＝0处温度达到预定温度T1，时间为τ1时结束，此时温度分布为T(z,τ1)，根据初始条件和边界条件，代入沥青路面非稳态导热微分方程，求解得到： T ( z , τ 1 ) = T 0 + 1 λ ∫ 0 τ 1 q ( τ 1 - τ ) α z τ exp ( - z 2 4 α τ ) d τ ; ]]>第二阶段为初始温度为T(z,τ1)的半无限大的沥青路面(z≥0)，当时间t>τ1时，在z＝0边界表面处温度保持预定温度T1不变，使沥青路面所指定深度处的温度达到T2，时间为τ2时结束，此时温度分布为T(z,τ2)，根据初始条件和边界条件，代入沥青路面非稳态导热微分方程，求解得到： T ( z , τ 2 ) = T ( z , τ 1 ) + z 2 α π ∫ 0 τ 2 f 0 ( τ ) ( τ 2 - τ ) 3 2 exp ( - z 2 4 α ( τ 2 - τ ) ) d τ ]]>则任意时刻，通过沥青路面表面的瞬时热流密度为： q z = 0 = λ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立沥青路面非稳态导热模型：沥青路面以整体形式存在，加热器位于沥青路面上方，通过对流或辐射将热能从沥青路面表层输入；2)建立沥青路面非稳态导热微分方程：∂T∂t=α∂2T∂z2]]>式中，T为沥青混合料试样温度，单位为℃；t为时间，单位为s；α为热扩散系数，单位为m2·s‑1；3)求解沥青路面非稳态导热微分方程：第一阶段为初始温度为T0的半无限大的沥青路面(z≥0)，当时间t＞0时，在z＝0边界表面有强度为q＝q(t)的热流密度流入，直到z＝0处温度达到预定温度T1，时间为τ1时结束，此时温度分布为T(z,τ1)，根据初始条件和边界条件，代入沥青路面非稳态导热微分方程，求解得到：T(z,τ1)=T0+1λ∫0τ1q(τ1-τ)αzτexp(-z24ατ)dτ;]]>第二阶段为初始温度为T(z,τ1)的半无限大的沥青路面(z≥0)，当时间t＞τ1时，在z＝0边界表面处温度保持预定温度T1不变，使沥青路面所指定深度处的温度达到T2，时间为τ2时结束，此时温度分布为T(z,τ2)，根据初始条件和边界条件，代入沥青路面非稳态导热微分方程，求解得到：T(z,τ2)=T(z,τ1)+z2απ∫0τ2f0(τ)(τ2-τ)32exp(-z24α(τ2-τ))dτ]]>则任意时刻，通过沥青路面表面的瞬时热流密度为：qz=0=λTs-T0απτ;]]>4)沥青路面非稳态导热过程进行仿真：根据热再生机的技术参数和路面材料参数，依据非稳态导热微分方程，得出不同深度处温度变化曲线和表面热流密度变化曲线，即可根据温度曲线变化趋势实现沥青路面加热功率的调节。...

【技术特征摘要】
1.一种就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立沥青路面非稳态导热模型：沥青路面以整体形式存在，加热器位于沥青路面上方，通过对流或辐射将热能从沥青路面表层输入；2)建立沥青路面非稳态导热微分方程： ∂ T ∂ t = α ∂ 2 T ∂ z 2 ]]>式中，T为沥青混合料试样温度，单位为℃；t为时间，单位为s；α为热扩散系数，单位为m2·s-1；3)求解沥青路面非稳态导热微分方程：第一阶段为初始温度为T0的半无限大的沥青路面(z≥0)，当时间t＞0时，在z＝0边界表面有强度为q＝q(t)的热流密度流入，直到z＝0处温度达到预定温度T1，时间为τ1时结束，此时温度分布为T(z,τ1)，根据初始条件和边界条件，代入沥青路面非稳态导热微分方程，求解得到： T ( z , τ 1 ) = T 0 + 1 λ ∫ 0 τ 1 q ( τ 1 - τ ) α z τ exp ( - z 2 4 α τ ) d τ ; ]]>第二阶段为初始温度为T(z,τ1)的半无限大的沥青路面(z≥0)，当时间t＞τ1时，在z＝0边界表面处温度保持预定温度T1不变，使沥青路面所指定深度处的温度达到T2，时间为τ2时结束，此时温度分布为T(z,τ2)，根据初始条件和边界条件，代入沥青路面非稳态导热微分方程，求解得到： T ( z , τ 2 ) = T ( z , τ 1 ) + z 2 α π ∫ 0 τ 2 f 0 ( τ ) ( τ 2 - τ ) 3 2 e x p ( - z 2 4 α ( τ 2 - τ ) ) d τ ]]>则任意时刻，通过沥青路面表面的瞬时热流密度为： q z = 0 = λ T s - T 0 α π τ ; ]]>4)沥青路面非稳态导热过程进行仿真：根据热再生机的技术参数和路面材料参数，依据非稳态导热微分方程，得出不同深度处温度变化曲线和表面热流密度变化曲线，即可根据温度曲线变化趋势实现沥青路面加热功率的调节。2.根据权利要求1所述的一种就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法，其特征在于，所述的步骤2)中首先建立沥青混合料微元控制体积的傅里叶非稳态导热微分方程为： ρ c ∂ T ∂ t = ∂ ∂ x ( λ ∂ T ∂ x ) + ∂ ∂ y ( λ ∂ T ∂ y ) + ∂ ∂ z ( λ ∂ T ∂ z ) + Φ ]]>式中，T为沥青混合料试样温度/℃；t为时间/s；Φ为单位体积介质的产能速率/(W·m-3)；λ为沥青路面的导热系数/[W·(m·K)-1]；ρ为沥青混合料的密度/(kg·m-3)；c为沥青混合料的比热容/[J·(kg·K)-1]。3.根据权利要求2所述的一种就地热再生过程中的沥青路面加热功率控制计算方法，其特征在于，所述的沥青混合料微元控制体积的傅里叶非稳态导热微分方程中的项分别与x、y、z坐标方向上进入微元控制体积的净导热热流密度有关，分别乘以dx、dy、dz后有： ...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾海荣，董强柱，张珲，李金平，岳珂，张吉星，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61