熱力機(jī)械復(fù)合除雪除冰方法

單純的熱力除冰除雪或者是單純的機(jī)械除冰除雪均不能達(dá)到最優(yōu)效果，將兩者結(jié)合起來便能夠有效改善除冰除雪效果。本文分析了機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪所具有的優(yōu)勢，以及機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪方法的應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)簡要闡述了應(yīng)用機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪技術(shù)的方法以及應(yīng)用機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪技術(shù)時(shí)的加熱以及傳熱分析方法。

在冬季，如果道路出現(xiàn)冰雪，則將會嚴(yán)重威脅交通安全，增加交通事故發(fā)生的概率，因此為了保障道路的行車安全，以及避免經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會生活受到冰雪的影響，則必須有效與及時(shí)地將路面的冰雪清除。目前，在國內(nèi)存在多種除雪除冰手段，其中，熱力機(jī)械復(fù)合除雪除冰方法是一種有效的措施，本文探究了該方法的優(yōu)勢以及實(shí)際應(yīng)用，以便完善目前的除冰除雪方法。

機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪的優(yōu)勢分析

機(jī)械除雪是一種被普遍運(yùn)用的除雪方法，機(jī)械方法指的是采用機(jī)械直接鏟除或推掃冰雪，以使路面恢復(fù)正常交通的方法；目前，我國運(yùn)用的除雪機(jī)械主要分為兩種類型，即螺旋轉(zhuǎn)子機(jī)械以及犁式機(jī)械[1]。機(jī)械除雪技術(shù)已經(jīng)較為成熟，比化學(xué)除雪更具有實(shí)用價(jià)值，但是機(jī)械的方法不能有效除冰，且除凈率不高，再加上雪層厚度、冰層厚度、氣溫的高低以及路面狀況等因素均會對機(jī)械除雪效率造成影響，如需將除凈率提高，則可能對路面造成損傷。熱力除冰除雪指的是采用溫度較高的燃?xì)鈱β访嫔系谋蜓┻M(jìn)行直接吹掃，以恢復(fù)正常交通的方法。熱力除雪主要運(yùn)用在機(jī)場的道路的除冰除雪工作中。該技術(shù)具有除凈率高的優(yōu)勢，但也存在成本較高、污染環(huán)境、噪聲較大以及能耗大的缺點(diǎn)，在高速公路以及城市道路無法推廣運(yùn)用。

機(jī)械熱力復(fù)合技術(shù)是一種新型的除冰除雪技術(shù)，該技術(shù)融合了熱力除冰除雪以及機(jī)械除冰除雪的優(yōu)勢，同時(shí)也克服了兩者存在的缺陷，因此能夠使除冰除雪效果得到有效增強(qiáng)。

機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪方法的應(yīng)用分析

應(yīng)用機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪技術(shù)的方法。為了使除冰除雪的作業(yè)速度得以加快以及除凈率得以提高，則在除冰前對冰層進(jìn)行加熱，以便使其溫度得以提高以及強(qiáng)度得以降低，從而降低采用機(jī)械進(jìn)行鏟刮時(shí)遇到的阻力。在采用熱力裝置進(jìn)行加熱時(shí)，應(yīng)對冰層溫度進(jìn)行控制，使之平均溫度低于零度，避免冰層融化而吸收大量熱能，從而降低能耗。目前，在國內(nèi)存在多種加熱手段，其中以下兩種手段被運(yùn)用的頻率較高，即遠(yuǎn)紅外線以及微波加熱，如采用微波進(jìn)行加熱，則需要投入較高的成本研發(fā)專用加熱設(shè)備；此外，在使用微波加熱方面的裝置時(shí)，如使用方法不當(dāng)，則容易對到路周圍的環(huán)境以及作業(yè)人員造成危害[2]。因此，本工程加熱裝置為遠(yuǎn)程紅外線直燃式裝置，燃料為液化汽。下圖為機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪車的設(shè)計(jì)圖。

以上除冰除雪車分為兩個(gè)部分，即半掛車部分與牽引車部分。該車仍將機(jī)械技術(shù)作為除雪方法，雪鏟的設(shè)計(jì)方式有利于將積雪快速鏟除；刮鏟、鋼絲滾刷以及加熱裝置均位于半掛車。雪鏟的功能主要是將積雪鏟除，減薄冰雪層。當(dāng)冰雪層變薄之后，加熱裝置便能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效加熱，加熱之后，冰雪層抗壓強(qiáng)度以及抗切強(qiáng)度便會大幅度下降，隨后便可以將刮鏟以及鋼絲刷作為清理工具，從而將冰雪層清理干凈。因?yàn)槲挥跔恳糠值难╃P能夠與路面實(shí)現(xiàn)最大限度的貼合，再加上刮鏟以及鋼絲刷的獨(dú)特設(shè)計(jì)角度，所以該技術(shù)并不會對路面造成損傷[3]。在機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪車當(dāng)中加熱裝置所采用的燃燒器為金屬纖維性質(zhì)，同時(shí)采用了表面預(yù)混氣燃燒技術(shù)；該技術(shù)具有較高的燃燒強(qiáng)度，可以進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)，燃燒時(shí)不會對環(huán)境造成較大的污染，且能夠快速冷卻，是一種理想的燃燒器。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果環(huán)境處于封閉狀態(tài)，則該燃燒器的輻射效率以及表面溫度將會變得更高。因?yàn)樵诔r(shí)，燃燒器放熱的形式主要為熱輻射，所以當(dāng)熱輻射得等到有效提高時(shí)，除雪效率也將得到有效提高。

應(yīng)用機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪技術(shù)時(shí)的加熱以及傳熱分析 。為了降低除冰除雪的成本與加快除冰除雪速度，以及平衡兩者之間的關(guān)系，則應(yīng)在作業(yè)的過程中控制好加熱溫度。要有效控制加熱裝置的溫度，則應(yīng)對加熱以及傳熱的合理值進(jìn)行計(jì)算；只有計(jì)算出有效數(shù)值，才能優(yōu)化工作參數(shù)。分析加熱以及傳熱的方法如下：將加熱器假設(shè)為理想的平板狀，車體、除雪以及除冰要求則作為空間。為了滿足除雪除冰要求，則將板面長度設(shè)計(jì)為3米，板面溫度應(yīng)保持在1100攝氏度。道路的瀝青層厚約160毫米，下基層厚約350毫米，砂礫層厚約250毫米，冰雪層厚約15毫米。因?yàn)榧訜岬缆繁尤菀壮霈F(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，所以應(yīng)對計(jì)算模型進(jìn)行簡化。當(dāng)車速在5米/秒以下時(shí)，冰面與空氣之間的溫差在20K以下，輻射換熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于對流換熱，因此可以忽略此項(xiàng)因素，僅對輻射加熱進(jìn)行考慮即可[4]。此外，加熱器由保溫材料制成，因此，無需考慮散發(fā)的熱量。在綜合分析以上因素之后，便可以對傳熱過程進(jìn)行簡化。使之成為不穩(wěn)定的一維傳熱。計(jì)算過程中的邊界條件如下：當(dāng)?shù)缆仿访嬉韵麓怪本嚯x為450毫米時(shí)，溫度不變，輻射換熱施加時(shí)的邊界條件為冰面以及加熱面，具體的取值應(yīng)參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5]。在本研究中，綜合考慮了我國北方特殊的氣候條件，將長春地區(qū)的實(shí)際情況作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵搮^(qū)一月份當(dāng)中會出現(xiàn)較多的低溫天氣以及降雪天氣。計(jì)算過程如下：先測量出地溫與氣溫以及路面以下垂直距離為450毫米時(shí)的溫度場；隨后再根據(jù)以上數(shù)值，將氣溫與地溫處于恒定狀態(tài)時(shí)冰雪層實(shí)時(shí)的溫度場計(jì)算出來，并將計(jì)算出的溫度場用于計(jì)算加熱過程。相關(guān)研究表明，冰雪吸收熱輻射的主要光區(qū)為遠(yuǎn)紅外區(qū)，如果在計(jì)算時(shí)，無法獲得較為精確的冰雪層實(shí)驗(yàn)資料，則可以將10毫米作為遠(yuǎn)紅外穿透冰雪層的深度，而吸收輻射的效率則取0.5，在計(jì)算熱負(fù)荷的過程中，采用輻射熱的具體數(shù)值。

綜上所述，單純的熱力除冰除雪或者是單純的機(jī)械除冰除雪均不能達(dá)到最優(yōu)效果，將兩者結(jié)合起來便能夠有效改善除冰除雪效果。因?yàn)闄C(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪技術(shù)能夠兼顧到預(yù)防路面出現(xiàn)損傷以及以及將除凈率提高的目的；改善了熱力技術(shù)噪聲大、污染環(huán)境以及成本較高的缺陷，同時(shí)也能改善機(jī)械除冰除雪效率低的缺陷。所以，機(jī)械熱力復(fù)合除冰除雪技術(shù)可以廣泛使用在城市道路或者是高速公路的除冰除雪工作當(dāng)中。

（作者單位：鄭州市熱力總公司）

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