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瀝青混合料運輸車保溫層確定方法與散熱對比研究
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瀝青混合料運輸車保溫層確定方法與散熱對比研究
2021年08月16日    閱讀量:8593    新聞來源:《建筑機械》2020年5月  |  投稿

摘 要

熱拌瀝青混合料在運輸過程中熱量散失不可避免。若運輸距離較長或環境溫度較低,會導致嚴重的混合料溫度離析和能源浪費,因此在運輸過程中需要對瀝青混合料采取保溫措施。本文通過比較幾種常用保溫材料的保溫性能和經濟性能,認為巖棉較適合用于瀝青混合料運輸保溫,并根據設備絕熱設計計算模型確定了滿足允許散熱損失的保溫材料厚度瀝青網sinoasphalt.com。在運輸過程中,利用紅外攝像儀對同一運輸車車廂保溫區域和未保溫區域的表面溫度進行測量。試驗結果表明,保溫區域單位面積散熱量為20.2h,未保溫區域單位面積散熱量為55.3h,采取保溫措施后運輸車單位面積熱量散失減少63.5%,混合料熱量散失顯著降低。


關鍵詞

瀝青混合料 | 運輸過程 | 熱量散失 | 保溫材料


熱拌瀝青混合料從攪拌站運輸到攤鋪現場,熱量通過運輸車的車廂向外界持續散失。若散熱過大,不僅會造成大量能源浪費,還會使瀝青混合料產生溫度離析,影響攤鋪和壓實質量[1-2]。為了解決熱拌瀝青混合料在運輸過程中產生的能源浪費和溫度離析問題,許多學者對運輸過程中的溫度場和保溫措施進行了研究。鄭鐘名建立了瀝青混合料在運輸過程中的溫度場數學模型[3];史春雪對瀝青混合料在運輸過程中的溫度場進行了仿真并建立了降溫函數[4];姚林寧研究了從運輸到攤鋪碾壓過程熱拌瀝青混合料溫度場的變化規律[5];姚澤光比較分析了保溫運輸車液化石油氣加熱和電加熱兩種加熱方式的特點和經濟性[6-7]。本文在已有研究的基礎上依據熱量損失計算模型,計算了保溫材料的合理厚度;對比幾種常見保溫材料的性能及造價,確定了性能價格比較優的保溫材料;并對瀝青混合料運輸過程中運輸車車廂保溫前后的散熱情況進行檢測,分析了保溫車廂的節能效果。


運輸車保溫層設計

保溫材料類型

保溫材料是指在平均溫度25℃時,導熱系數不大于0.08W/(m·℃)和密度不大于300kg/m3的材料。保溫材料種類較多,性能有差異,不同保溫材料適用于不同的場合。根據工作溫度和工況條件,混合料運輸過程常用巖棉、礦渣棉和氣凝膠絕熱氈等保溫材料,這幾種保溫材料的導熱系數與單位造價見表1。由表1可知,保溫材料的導熱系數越小,該保溫材料的保溫性能越好,但材料的造價也越高。為了選取合適的保溫材料,應對其性能和價格進行綜合分析。

瀝青混合料運輸車保溫層確定方法與散熱對比研究 瀝青網,sinoasphalt.com

保溫層厚度設計及材料選擇

在進行保溫層厚度設計時,應以設備與管道絕熱技術通則中規定的最大允許散熱損失為依據,并遵循減少熱量損失、節能減排、提高經濟效益等原則[8]。最大允許散熱損失如表2所示。

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按照我國設備及管道絕熱設計導則,瀝青混合料運輸車保溫層表面散熱損失表達式為

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對式(1)進行變換,可以得到保溫層厚度δ2與單位表面散熱損失Q之間關系如下

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依據單位面積允許散熱損失以及保溫材料的性能參數,由式(2)可以計算所選擇保溫材料制作的保溫層厚度。


根據測試數據,熱拌瀝青混合料出料溫度為170℃~180℃時,未保溫車廂外表面溫度約為80℃~90℃。由于瀝青路面施工具有季節性,通常在夏季進行,因此α取60W/(㎡·℃)。根據表2取單位面積最大允許散熱損失為147W/㎡,則由式(2)可計算幾種常用保溫材料的保溫層厚度和運輸車散熱面積40㎡時的造價,如表3所示。

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由表3可知,使用不同保溫材料達到相同保溫效果時,保溫層的設計厚度和造價有較大差異。礦渣棉的保溫層厚度最厚,其厚度是氣凝膠絕熱氈保溫材料的3.2倍;氣凝膠絕熱氈保溫材料造價最高,是礦渣棉的18.75倍,是巖棉的13.6倍,巖棉和礦渣棉的造價相差較小。由于巖棉具有較好的透氣性、穩定性、耐久性等性能,并且通過表3可知,巖棉作為保溫層厚度比較合適且價格較低。因此,綜合考慮適用工況和經濟效益,本工程的瀝青混合料運輸車的保溫材料選用巖棉,并且保溫層設計厚度為11mm。

瀝青混合料在運輸過程中的溫度檢測

測溫方式的選擇

為了研究瀝青混合料在運輸過程中的散熱情況,需要在瀝青混合料運輸過程中對溫度進行檢測。溫度檢測的方式有多種,通常分為接觸式測溫和非接觸式測溫。接觸式測溫具有測溫簡單、精度和可靠性高等優點,同時也有測量面積小、響應時間長、對測溫材料要求高等缺點;非接觸式測溫在進行測溫時測溫儀器不直接與被測材料接觸,這種測溫方式具有測量面積大、響應時間短、可移動測量的優點,但也存在測量精度不高、測量易受環境影響等缺點[9]。由于本次需要對瀝青混合料的側板進行測量,測溫面積較大,且需要顯示被測物體表面的溫度分布情況,非接觸式測溫中的紅外熱成像測溫能夠滿足試驗要求,因此選擇紅外熱成像儀進行溫度測量。試驗使用NECG120紅外熱成像儀。

紅外熱成像儀測溫原理

物體溫度在絕對零度以上時,物體表面會向外輻射紅外線,溫度越高輻射的能量也就越大。紅外成像儀在測量溫度時,輻射能量會轉化為電信號,根據電信號強弱確定物體表面溫度值。紅外熱成像儀利用這一原理進行溫度檢測[10-11]。


作用于紅外熱成像儀鏡頭的輻射照度如式(3)所示。紅外熱成像儀測溫時將輻射照度轉換為輸出電壓信號,經過放大或轉換,將被測物體的熱成像圖顯示在LED屏幕上。

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紅外熱成像儀標定

紅外熱成像儀進行溫度檢測時,不僅接收被測物體表面的輻射,還接收環境輻射和大氣輻射。為了保證測量溫度的準確性,紅外熱成像儀使用之前需要進行標定。紅外熱成像儀的標定應在標準實驗室內進行,其環境溫度為(23±5)℃,濕度不大于85%RH,且室內無強的環境熱輻射,采用面輻射源校準其測溫準確性。


紅外熱成像儀對黑體進行測溫,要保證黑體在熱成像儀中成像清晰。將熱成像儀測量模式設置為點溫度測量,測量黑體輻射源中心溫度,并保證在每個校準溫度點不少于4次測量。當t2<100℃,熱成像儀示值誤差θ計算如式(4)所示;當t2≥100℃時,熱成像儀的示值誤差θ計算如式(5)所示。

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運輸車保溫效果檢測與節能效果分析

按照上文對運輸車保溫技術分析,選擇保溫材料為巖棉,保溫層厚度為11mm。在運輸車車廂側面設置保溫層,車廂后面不設置保溫層。同時檢測裝滿熱拌瀝青混合料的運輸車車廂側面和后面的溫度。運輸車車廂覆蓋和未覆蓋處紅外熱像圖如圖1所示,熱圖像的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

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在環境溫度22.3℃~25.2℃(平均溫度23.8℃),風力小于3級條件下,運輸159℃瀝青混合料,運輸車的車速在25~30km/h之間。采用經過校準的NECG120紅外熱成像儀,在不同時刻同時檢測運輸車車廂表面設置保溫層和未設置保溫層區域的溫度。檢測結果如表4和圖2所示。

瀝青混合料運輸車保溫層確定方法與散熱對比研究 瀝青網,sinoasphalt.com

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檢測結果表明,在3h40min運輸過程中,車廂未設保溫層區域表面溫度由96.5℃降到61.5℃,近似為線性關系,降溫函數為Y=0.407x+99.27,平均每分鐘溫降0.41℃;設置保溫層區域表面溫度由46.3℃降到41.5℃,其變化也近似為線性關系,降溫函數為Y=0.054x+46.56,平均每分鐘溫降0.05℃。采用式(6)可計算該時段內運輸車設保溫層和未設保溫層的平均溫度。

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運輸混合料時熱量通過車廂側板與外界環境進行交換,屬于對流換熱范疇,故在單位時間內通過單位面積的散熱公式如式(7)所示。由式(7)計算可知,采取保溫措施后,單位面積散熱量為20.2h;而未采取保溫措施時,單位面積散熱量為55.3h。由此可知,采取保溫措施后,運輸車單位面積熱量散失可減少63.5%,節能效果顯著。

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結論

通過對瀝青混合料運輸過程中車廂保溫前后散熱情況理論分析和試驗研究,得出如下結論:


(1)對瀝青混合料運輸車進行保溫設計時,應以設備絕熱技術通則中規定的允許散熱損失為依據;根據施工的外界條件和保溫材料的性能參數,采用設備絕熱設計計算模型確定保溫材料的合理厚度。


(2)試驗結果表明,采取保溫措施后,單位面積散熱量為20.2h;而未采取保溫措施前,單位面積散熱量為55.3h。由此可知,采取保溫措施后,運輸車單位面積熱量散失可減少63.5%,節能效果顯著。

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標簽:道路建設,施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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