室内光照下沥青混凝土内部温度的理论和试验研究

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1、2014年l2月石油沥青PETROLEUMASPHALT第28卷第6期室内光照下沥青混凝土内部温度的理论和试验研究王家主，(1．福建省交通科学技术研究所，福州350004；2．福建省公路、水运工程重点实验室，福州350004)摘要：随着“热光电”在沥青路面中交叉应用研究的逐渐流行，在实际研究中，有时需要在室内模拟太阳光对沥青混凝土的照射。为了计算光照下沥青混凝土内的温度，在室内用红外灯进行模拟，利用传热学的原理对沥青混凝土的温度场进行数学运算，得出解析解，该解与沥青混凝土初温、导热系数、热扩散系数、光照时间、热流密度、被测点深度等因素密

2、切相关。同时通过实验实测温度分布，将解析解与实测值进行对比，光照时间越短、深度越大，沥青混凝土内的温度实测值与理论计算值越接近。因此，该解析解在一定条件下可用于光照下沥青混凝土内部温度的快速判断。关键词：道路工程温度场解析算法沥青混凝土光照热辐射热流密度沥青路面温度场的计算始于l9世纪5O年凝土正上方，每盏功率150W，半径7．5cm。代，1957年，美国的Barber首先建立了路面表面温度和路面表面以下3。5英寸处的温度与气温和太阳辐射之间的关系⋯。从那时起，国内外的学者从理论和统计分析两方面进行了大量的研究-6]。1976年，日本的

3、近藤佳宏和三补裕二对两种不同厚度的沥青混凝土路面的温度图1试验装置简图分布状况作了一年的实测工作，并采用回归分析试验由于在室内，且有环境箱的隔离，热量方法研究路面温度与气温之间的关系。众多研究的传递主要有两种模式，热辐射和热传导，对流中最著名的是美国战略公路研究计划(SHRP)采纳Huber提出的回归模型-9，反映了路表温传热可以忽略。试验模型中的沥青混凝土试块的热动态过程可以用图1来表示。首先红外灯照射度与纬度、气温之间的关系，具有广泛的适用对沥青混凝土、空气和木箱辐射传热，其次木箱和性。大部分的研究仅针对室外沥青路面的温度空气对沥青

4、混凝土热辐射，沥青混凝土在吸收了场，随着世界范围内“热光电”在沥青路面中这些辐射热后，一方面热量在自身内部进行传导，交叉应用研究的逐渐流行，在实际研究中，有时另一方面也反过来对空气和木箱产生逆辐射。需要在室内模拟太阳光的照射。因此，对室内光根据能量守恒定律，某一时刻沥青混凝土表照下沥青混凝土的温度场分析显得意义非凡。面进出能量平衡，因此有式(1)。1温度场理论计算1．1室内光照模型收稿日期：2014—06—04。本研究中，采用红外灯模拟太阳光照射，并作者简介：王家主(1982一)，男，福建南平人，工学硕士，高级工程师，研究方向为道路工程

5、和建筑材料，邮箱：和沥青混凝土一起密封在木箱内，如图1所示。wjzh1009@163．tom试验采用四盏红外灯“口”字型分布在沥青混基金来源：福建省交通科技发展项目(200936)。第6期王家主．室内光照下沥青混凝土内部温度的理论和试验研究25q。=gg+qq+q一qq—q一g。(1)试验装置中，沥青混凝土试块的边长为3O式中：g。——混凝土表面的总热流密度；cm，表面距红外灯8cm，因此，简化光源距离qg——红外灯有效热辐射热流密度；沥青混凝土表面的高度按照试验中实际的高度hqq-~-气逆辐射热流密度；取8cm，沥青混凝土表面所在的圆

6、半径r经计算为21．2cm，则微小光源照射沥青混凝土时的最g——木箱逆辐射热流密度；大顶角计算如下。g——混凝土表面对空气辐射热流密度；g——混凝土表面对木箱的辐射热流密0=tg÷=tg～2．65(6)度；式中：——为最大方位顶角；g。——传导热流密度。^——为表面距光源的高度；引人净辐射热流密度，则上式变成式(2)。r一为沥青混凝土表面所在圆半径。q。=gg+gql+qd—q。(2)1．2积分法求解热流密度式中：g——空气与沥青混凝土间的净辐射热流在图2中，来自微小光源的热辐射始终成半密度；球状向外发射，辐射强度为，(单位面积、单位g

7、——木箱与沥青混凝土间的净辐射热流时间、单位立体角发射的全辐射能量)，对于完密度。全漫发射面，单位立体角对应的全辐射能计算如而根据史蒂芬——波尔茨曼热辐射定律，有式(7)。。。q。一占(一矸)(3)一dE=dO／cos0(7)／g一80"(一)(4)式中：E——为微小光源的总辐射能；式中：——沥青混凝土辐射吸收系数；Q——为立体角；为顶角。——史蒂芬一波尔茨曼常数。虚拟微小光源位于试块正中心的上方，则有由于沥青凝土表面温度与空气温度、木箱的光源的半球面的全辐射积分计算如下。温度近似相等，表面薄层厚度接近零．平衡时忽‘丌略沥青混凝土与空气

8、和木箱之间的辐射传热，总E=JI0IcosOdl2热流密度为零，则式(2)可简化成下式。J。J：，()sin0c。s0d0d,e(8)qgg(5)即红外灯对沥青混凝土的有效热辐射热流密其中，为方位角。度与沥