[發明專利]一種多功能融冰雪路面試驗裝置及評價方法

有效

• 申請號: 201610133410.2
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105784935B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 劉凱;謝泓州;馬亞龍;王芳;盧林;黃思路;張祥
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 何梅生

1.一種多功能融冰/雪路面試驗裝置，其特征是設置用于構建試驗環境的密閉的箱體(1)；

在所述箱體(1)的內部設置試驗平臺(9)，被測試件放置在所述試驗平臺(9)上，在被測試件的表面覆蓋一層導熱布(18)，在導熱布(18)上放置冰/雪槽(20)；呈傾斜的加冰/雪管道(17)的低端處在冰/雪槽(20)的上方，用于向冰/雪槽(20)中投冰/雪，所述加冰/雪管道(17)的另一端貫穿箱體側壁突伸在箱體(1)的外部；在所述箱體(1)的內壁上分別固定設置有溫度計(4)、風扇(5)以及照明裝置(3)；

所述箱體(1)的外部配置包括制冷單元(16)、量筒(14)和PLC控制器(2)，利用所述制冷單元(16)為箱體(1)提供冷量，使得在箱體(1)中獲得設定的環境溫度；帶有稱重器(15)的量筒(14)位于箱體一側；所述量筒(14)通過排水管(13)與試驗平臺(9)上的排水口相連通，用于收集箱體(1)中融冰/雪水，并計量融冰/雪的水量；所述PLC控制器(2)用于控制風扇(5)、照明裝置(3)以及通過設置在箱體側壁上的接線端口(6)與被測試件中的電器元件電連接；

用于模擬融冰/雪路面的被測試件分層設置為：位于底部的下層路面層(10a)、位于中部的中部加熱層(11)和位于頂面的上層路面層(10b)；所述中部加熱層(11)為混凝土預制件，在其中成陣列分布各孔道(12)，所述各孔道(12)相互平行，且呈水平布置，在所述各孔道(12)的孔壁上粘接有應變片；在設定位置的孔道中置入加熱元件形成加熱孔，在所述加熱元件的表面設置溫度傳感器；在未置入有加熱元件的孔道中置入混凝土棒將孔道填實，所述混凝土棒與所述中部加熱層屬于熱、力學性能相同的同質材料。

2.根據權利要求1所述的多功能融冰/雪路面試驗裝置，其特征是：所述試驗平臺(9)設置為具有底部平臺和兩側壁板的通槽結構，在所述被測試件兩側和底部粘貼有隔熱板(7)。

3.利用權利要求1所述多功能融冰/雪路面試驗裝置進行路面的融冰/雪試驗方法，其特征是按如下過程進行：

步驟一、根據融冰/雪路面中加熱元件設定的間距d和埋深h，在中部加熱層(11)上的對應位置孔道(12)中置入加熱元件，在未置入有加熱元件的孔道中置入混凝土棒將孔道填實；

步驟二、將由下層路面層(10a)、中部加熱層(11)和上層路面層(10b)疊放構成的被測試件在兩側和底部粘貼隔熱板(7)后放置在試驗平臺(9)上，在被測試件上覆蓋導熱布(18)，冰/雪槽(20)放置在導熱布(18)上，將被測試件中電連接導線與PLC控制器相連接；

步驟三、利用PLC控制器控制風扇(5)和照明裝置(3)模擬相應的風速和光照條件；

步驟四、啟動制冷裝置(16)，在由溫度計(4)測得的箱體內溫度達到試驗所需環境溫度T時，通過加冰/雪管道(17)向冰/雪槽(20)中投入設定質量的冰/雪；

由PLC控制器控制加熱元件開始加熱，直至冰/雪槽中的冰/雪融化完畢，加熱元件停止加熱，完成融冰/雪過程；

步驟五、分別記錄完成融冰/雪過程中的各檢測數據，通過計算獲得融冰/雪路面的融冰/雪效率η，以及融冰/雪路面的融冰/雪速率v。

4.根據權利要求3所述的融冰/雪試驗方法，其特征是：所述檢測數據為：

由溫度傳感器檢測獲得加熱元件開始加熱時的起始溫度T₁和停止加熱時的結束溫度T₂；加熱元件自開始加熱至停止加熱的加熱時長t，融冰/雪過程中所有應變片檢測獲得的應變值中的最大應變值ε_max和最小應變值ε_min，由稱重器(15)測得的完成融冰/雪過程時量筒中的融冰/雪質量M；

令：冰/雪的比熱容為c，冰/雪的溶解熱為q；

則：完成融冰/雪過程所吸收的熱量Q為：Q＝c×M×t+M×q

若加熱元件是電阻值為R的電加熱元件，電加熱元件的端電壓為U；

則電加熱元件在完成融冰/雪的過程中產生的熱量W為：

W＝P×t，P＝U²/R；

若加熱元件為流體加熱器件，流體加熱器件中熱流體的質量為m，熱流體比熱容為c′，

則流體加熱器件產生的熱量W為：W＝mc′(T₁-T₂)；

依此則有：

融冰/雪效率η為：η＝Q/W×100％；

融冰/雪速率v為：v＝M/t。