幾種常用瀝青器械加熱的熱工計算分析

文/昌吉公路管理局硫磺溝分局　海衣沙爾·斯瑪依爾

昌吉公路管理局三臺收費站　阿不力克木·買買提

瀝青器械加熱的熱工計算關系施工操作的效率和質量，關系到瀝青材料優良性能的實現。本文就幾種常用瀝青器械加熱的熱工計算展開研究，以期為同類工程應用提供熱工計算技術參考。

鋪筑或養護公路瀝青路面經常面臨瀝青器械加熱的工藝和課題，瀝青器械加熱的熱工計算關系施工操作的效率和質量，也關系瀝青材料優良性能的實現。本文就幾種常用瀝青器械加熱的熱工計算展開研究，以為同類工程應用提供熱工計算技術參考。

火筒加熱瀝青及其熱工計算

火筒加熱是國內較為常用的實現瀝青加熱的方法之一，主要通過重燃油或著天然氣燃燒加熱的方式實現對瀝青材料的加熱處理?；鹜布訜峋哂休^為廣泛的熱源材料來源，其加熱的熱值較高，熱值發揮比較充分，加熱性能好。重燃油加熱方式，節能環保功效可觀，也是一定意義上的資源再利用。

根據羅波-伊萬斯輻射模型得知，火筒輻射加熱的熱交換量計算公式為：

上述公式中，Qr為火筒熱傳遞量，系依據輻射熱交換方程計算所得，單位是(kJ/kg)；Aft是火筒的受熱面面積，單位是(m2)；Bc為消耗的燃料量，單位是(kg/s)；C是火筒輻射常數，通常取值 4.410-3～4.610-3，單位為是火筒煙氣出口的溫度，單位為(K)；

Tb是火筒壁面的溫度，一般可取值以火筒外側的介質溫度數值。

導熱油加熱瀝青及其熱工計算

導熱油加熱瀝青方式通常情況下采用獨立外置瀝青罐的導熱方式，其是將瀝青罐與導熱油爐分隔開，在瀝青罐以外，獨立設置導熱油爐。熱導熱油在外置爐獲得一定溫度后，帶熱流經瀝青罐的熱交換盤管，經過盤管與瀝青進行傳遞，實現加熱瀝青。導熱油熱交換后，經油管再流回導熱油加熱爐內繼續加熱，如此往復循環。

導熱油熱傳遞的計算

獨立外置瀝青罐的導熱油加熱系統具有熱容量和導熱油循環量大，溫升快等特點，而內置雙層U型管式的導熱油瀝青加熱系統在此類方面則要弱勢得多，熱平衡系統方程為：

上述公式中，Q為輸入的導熱油爐熱量值，單位(kJ)；Q1為瀝青加熱過程中吸收的熱量值，單位(kJ)；Q2為加熱進程中損失的熱量值，單位(kJ)。

由熱傳遞原理可知，盤管熱傳遞過程主要包括導熱油本身的對流熱傳遞，管壁與導熱油的熱傳遞。流動加熱介質的熱交換系數可通過公式（3）或（4）計算得出：

將“IT”與“科技(不含IT)”合并為“科技大類”后看，其總量(2579條)僅次于“文化、生活”，在所有新詞中占有重要比重。說明包含IT新詞在內的各種科技類新詞，承載著對新事物、新概念、新技術的詮釋，正迅速滲透到人們的語言生活中，成為現代新詞中不容忽視的重要組成部分。而IT領域新詞在科技大類新詞中表現活躍，占整體的37.8%，其重要性亦不容忽視。

由于加熱管完全浸沒在瀝青罐之內，故這一部分幾乎沒有熱量損失，可忽略考慮熱損耗。露于空氣中布置輸油管道，因為管壁向周圍空氣遺失熱量，會造成熱系統熱量損耗。加熱過程中瀝青罐也會向周圍空氣釋放熱量，導致一部分熱量損失。綜合考慮上述兩方面熱損耗，所以熱交換效率通常取值以0.75～0.85，于是即有：

施工中為了實現快速加溫的要求，升溫速度在10℃/h以上才符合作業操作的速度要求，1小時使瀝青上升Δt溫度所需求的熱量是：

由公式（2.3）和公式（2.4）得到油爐的供熱能力Q'為：

消耗燃料量的計算

瀝青鋪筑車一般以柴油加熱導熱油，9600ka1.kg-1為其熱值，那么燃油的消耗量是：

上述公式中，P為柴油密度，一般P=0.84×103kg/m3；為導熱油爐的熱效率，參數一般由該設備的生產廠家提供；Q'計量反映熱爐的供熱能力，單位(kJ/h)。

循環油量的計算

加熱系統需要循環導熱油量：

上述公式中，P為柴油密度；C為導熱油比熱，單位[kJ.(kg.K)-1]；t1是爐進口導熱油溫度，單位(℃)；t2是爐出口導熱油溫度，單位(℃)。

施工操作還要考慮安全操作溫度，進出口的油溫差一般控制在10℃～20℃，導熱油最高操作溫度一般取值為200℃～230℃。對流受熱面爐管里的導熱油流速一般控制在≥1.5m.s-1，輻射受熱面爐管里的導熱油流速一般控制在≥2m.s-1，此種做法是為了有效避免積碳現象和爐內導熱油過熱。

熱傳遞的計算

上述公式中，S反映熱交換的總面積(m2)；td熱爐進出口處的平均溫度(℃)；ta為加熱終了與初始溫度的平均值，單位（℃）；K為熱油向瀝青的熱傳遞常數，單位[kw/(m2.℃ )]；反映加熱系統的熱效率；Q反映油爐的加熱能力，單位(kJ/h)。

微波加熱瀝青及其熱工計算

瀝青微波加熱的計算

在微波加熱瀝青材料的過程中，在微波能量的作用下，瀝青聚集料把熱能傳遞給了瀝青料。微波加熱的能量集中，熱損耗較低，微波輻射會對瀝青材料持續進行加熱，只要有微波能量存在，因此微波加熱可以短時間內迅速推升瀝青材料的溫度。不同瀝青材料的基本電介性質參數具體如表1所示：

表1 瀝青材料之基本電介性質參數

對于吸收微波能量的能力，隨著電介質的介電常數的差異，不同材料的吸收能力有所不同。

依據公式（11）可知，微波熱能轉換和吸收的程度，與介電常數ε、電場強度E2及介質功耗δ的正切值呈正比關系。但它不與微波頻率f構成正比關系，介電常數ε會根據不同的微波頻率進行一定的變化，假定微波功率被介質吸收后全部轉化為熱能，介質溫升Δt則為：

上述公式中，T為微波照射的持續時間，單位(S)；W是微波的頻率，單位(Hz)；C是介質的比熱，單位[J/(kg.K)]；P是介質的密度，單位(kg/m3)。

由于熱傳導在實際運行中存在部分功率流失，所以：

故具體實際溫度升高值應為：

根據麥克斯韋波動方程可得計算公式：

基于足夠小的微波單元，可以將微波輻射簡化為平面波，根據此條件，麥克斯韋波動方程組可以寫成：

微波加熱瀝青混凝土時，瀝青混凝土跟周邊介質間會存在熱交換。在t 時間內，微元體電介質吸收微波能以后，溫度升至θ溫度所需能量的功率可以由下式計算：

在上述公式中，P為介質的密度常數，單位(kg/m3)；T為加熱用時，單位(S)；Q是介質所吸收的熱能量，單位(J)；C為介質的比熱參數，單位[J/(kg.K)]。

體積V內的微波平均損耗功率為：

在上述公式中，WN為電介質的損耗因子，E＊為特定方向的電場強度。微元體內我們假定電場均勻分布，那么單位體積內，熱功率損耗的平均量值可以計算為：

由此，瀝青混凝土微波加熱路面微元體時，可以由以下熱傳導方程計算：

非穩態三維有源加熱的瀝青混凝土微波加熱數理模型，即由上述溫度分布傳導、場強以及損耗功率方程構成，相關計算也由此獲得。