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热风加热沥青路面传热规律与温度场重构预测研究
| 论文题名： | 热风加热沥青路面传热规律与温度场重构预测研究 |
| 关键词： | 沥青路面;热风加热;传热规律;温度场;正交试验 |
| 摘要： | 热风加热均匀性好，层间温度梯度小，路面表层不易焦化，已被广泛应用于沥青路面再生养护当中。加热温度对沥青路面承载能力和使用性能有重要影响，就地热再生中沥青路面温度场分布是衡量养护后路面质量的重要指标，热风加热参数与加热流场和温度场的分布特性密切相关，但由于热风加热沥青路面实验测点有限，无法获得足够详细的温度场分布信息，从而导致无法准确评估施工质量。 基于此，本文根据传热学和粘性流体力学基本理论，建立热风加热沥青路面的流固耦合冲击射流瞬态换热理论模型，采用有限体积离散方法求解获得了不同工况下的流场和温度场分布；搭建热风冲击射流换热试验台，利用试验数据验证理论模型的可靠性，并通过正交试验研究了各加热参数对沥青路面换热效果的影响规律；由于热风冲击射流具有高雷诺数下的湍流流场特性，利用开源CFD软件OpenFOAM建立热风加热沥青路面的湍流传热模型，采用大涡模拟方法研究了温度场分布。 通过本征正交分解法（POD）对已有温度场数据进行降阶与重构，选取径向基函数与基于时间序列的非线性自回归神经网络作为代理模型，分别进行了对未知工况温度场的内插预测和指定工况下未知时刻温度场的外推预测，并对预测误差进行了分析和评估。 研究结果表明：建立的热风加热沥青路面的流固耦合冲击射流瞬态换热理论模型符合冲击射流换热的理论规律，计算结果与试验结果误差在15％以内，可用于实际工况的计算；在OpenFOAM中建立的热风加热沥青路面湍流大涡模拟传热模型，由于模型考虑了流场中存在的湍流特性，其计算结果与试验结果误差降低至8%以内；利用理论模型计算的流场数据进行POD分解和重构时，流场重构精度随着选取的模态阶数的增加而增加，预测模型在未知工况温度场内插预测中精度较高，其预测误差在1.00%以下，而在指定工况未知时刻温度场的外插预测中仅在相邻几个时刻上具有较高精度，其预测误差在5.00%以下；在相同计算机配置下，两种预测方式计算耗时均为数值计算方法的1.5%以下，对实现施工的在线快速指导提供了理论基础和技术支撑。 |
| 作者： | 张辉 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 徐信芯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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