熱力機械復合除雪除冰方法

單純的熱力除冰除雪或者是單純的機械除冰除雪均不能達到最優(yōu)效果，將兩者結(jié)合起來便能夠有效改善除冰除雪效果。本文分析了機械熱力復合除冰除雪所具有的優(yōu)勢，以及機械熱力復合除冰除雪方法的應用實例，同時簡要闡述了應用機械熱力復合除冰除雪技術(shù)的方法以及應用機械熱力復合除冰除雪技術(shù)時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)濟發(fā)展以及社會生活受到冰雪的影響，則必須有效與及時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，熱力機械復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)勢以及實際應用，以便完善目前的除冰除雪方法。

機械熱力復合除冰除雪的優(yōu)勢分析

機械除雪是一種被普遍運用的除雪方法，機械方法指的是采用機械直接鏟除或推掃冰雪，以使路面恢復正常交通的方法；目前，我國運用的除雪機械主要分為兩種類型，即螺旋轉(zhuǎn)子機械以及犁式機械[1]。機械除雪技術(shù)已經(jīng)較為成熟，比化學除雪更具有實用價值，但是機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氣對路面上的冰或雪進行直接吹掃，以恢復正常交通的方法。熱力除雪主要運用在機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，在高速公路以及城市道路無法推廣運用。

機械熱力復合技術(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械除冰除雪的優(yōu)勢，同時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。

機械熱力復合除冰除雪方法的應用分析

應用機械熱力復合除冰除雪技術(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行加熱，以便使其溫度得以提高以及強度得以降低，從而降低采用機械進行鏟刮時遇到的阻力。在采用熱力裝置進行加熱時，應對冰層溫度進行控制，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用的頻率較高，即遠紅外線以及微波加熱，如采用微波進行加熱，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，如使用方法不當，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程紅外線直燃式裝置，燃料為液化汽。下圖為機械熱力復合除冰除雪車的設(shè)計圖。

以上除冰除雪車分為兩個部分，即半掛車部分與牽引車部分。該車仍將機械技術(shù)作為除雪方法，雪鏟的設(shè)計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。當冰雪層變薄之后，加熱裝置便能夠?qū)ζ溥M行有效加熱，加熱之后，冰雪層抗壓強度以及抗切強度便會大幅度下降，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。因為位于牽引部分的雪鏟能夠與路面實現(xiàn)最大限度的貼合，再加上刮鏟以及鋼絲刷的獨特設(shè)計角度，所以該技術(shù)并不會對路面造成損傷[3]。在機械熱力復合除冰除雪車當中加熱裝置所采用的燃燒器為金屬纖維性質(zhì)，同時采用了表面預混氣燃燒技術(shù)；該技術(shù)具有較高的燃燒強度，可以進行大范圍調(diào)節(jié)，燃燒時不會對環(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。因為在除冰除雪時，燃燒器放熱的形式主要為熱輻射，所以當熱輻射得等到有效提高時，除雪效率也將得到有效提高。

應用機械熱力復合除冰除雪技術(shù)時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，則應對加熱以及傳熱的合理值進行計算；只有計算出有效數(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)計為3米，板面溫度應保持在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。因為加熱道路冰雪層容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，所以應對計算模型進行簡化。當車速在5米/秒以下時，冰面與空氣之間的溫差在20K以下，輻射換熱遠遠多于對流換熱，因此可以忽略此項因素，僅對輻射加熱進行考慮即可[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行簡化。使之成為不穩(wěn)定的一維傳熱。計算過程中的邊界條件如下：當?shù)缆仿访嬉韵麓怪本嚯x為450毫米時，溫度不變，輻射換熱施加時的邊界條件為冰面以及加熱面，具體的取值應參考相關(guān)標準[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)的實際情況作為計算標準，因為該區(qū)一月份當中會出現(xiàn)較多的低溫天氣以及降雪天氣。計算過程如下：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)時冰雪層實時的溫度場計算出來，并將計算出的溫度場用于計算加熱過程。相關(guān)研究表明，冰雪吸收熱輻射的主要光區(qū)為遠紅外區(qū)，如果在計算時，無法獲得較為精確的冰雪層實驗資料，則可以將10毫米作為遠紅外穿透冰雪層的深度，而吸收輻射的效率則取0.5，在計算熱負荷的過程中，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械除冰除雪均不能達到最優(yōu)效果，將兩者結(jié)合起來便能夠有效改善除冰除雪效果。因為機械熱力復合除冰除雪技術(shù)能夠兼顧到預防路面出現(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，同時也能改善機械除冰除雪效率低的缺陷。所以，機械熱力復合除冰除雪技術(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中。

（作者單位：鄭州市熱力總公司）

參考文獻：

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[2]關(guān)明慧，徐宇工，盧太金，徐財輝.微波加熱技術(shù)在清除道路積冰中的應用[J].北方交通大學學報，2009.28

[3]高子渝，焦生杰，徐效亮，唐相偉.波導口距離對微波加熱效率影響的仿真研究[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2009.16

[4]肖獻法.抗擊雪雨冰災：多種除雪除冰設(shè)備各顯神通—專用除雪除冰車面臨機遇和挑戰(zhàn)[J].商用汽車，2009.27

[5]李炎鋒，武海琴，王貫明，朱 濱，石勃偉.發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰的實驗研究[J].北京工業(yè)大學學報，2009.15