为了更好地抵消气候变暖影响,保护路基下伏多年冻土不被融化,同时减小阴阳坡温度差异引起的冻土路基纵向断裂现象,文章应用热管耦合冻土路基的三维非稳态相变传热模型对斜插式热棒保温板复合结构路基的温度场进行模拟预测,并与斜插式热棒、保温板以及直插式热棒保温板复合路基温度场进行了对比分析,结果表明:斜插式热棒保温板路基底人为冻土上限呈现最良好的驼峰型对称分布,且人为冻土上限相对于多年冻土上限抬高得也最多,抬升值大于3m。
为预测冻土路基安装热管后路基温度场的变化情况,对热管耦合冻土路基问题开展数值传热研究是一种比纯实验方法更经济可行的方法。根据是否考虑热管内部热阻及建立的热管耦合冻土路基相变传热模型,热管耦合冻土路基的数值传热算法可基本分为两类,针对这两类基本算法进行了对比分析。结果表明:通过忽略热管内部热阻,利用耦合边界处的等价第三类边界条件及根据实际地温气温条件建立的相变传热模型来研究热管耦合冻土路基问题在工程上更为可行。
为了青藏铁路多年冻土路基耦合热管优化设计的需要,建立多年冻土区天然地面耦合热管的相变传热模型,利用该模型研究不同热管管径、气候条件和冷凝段与蒸发段长度比对热管传冷量的影响。结果表明:大管径的热管对于提高热管的传冷量是有利的;在冷凝段与蒸发段长度比大于0.9的条件下,热管传冷量随长度比增大得并不明显,因此建议优化的冷凝段与蒸发段长度比取为稍大于0.9的值;与年平均气温较高的多年冻土区相比,年平均气温较低的多年冻土区更有利于热管的传冷。对比模型计算值和现场实验值表明,提出的模型与实际拟合良好。