Nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo trường nhiệt độ áo đường bê tông nhựa trên đường ô tô khu vực đồng bằng Bắc Bộ bằng phương pháp giải tích

Số trang: 12 Loại file: pdf Dung lượng: 601.22 KB Lượt xem: 6 Lượt tải: 0

tailieu_vip

Phí tải xuống: 5,000 VND

Xem trước 2 trang đầu tiên của tài liệu này:

Thông tin tài liệu:

Trong bài viết này sẽ tiến hành nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo trường nhiệt độ áo đường bê tông nhựa trên đường ô tô khu vực đồng bằng Bắc bộ. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng ở đây là phương pháp kết hợp lý thuyết và thực nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo trường nhiệt độ áo đường bê tông nhựa trên đường ô tô khu vực đồng bằng Bắc Bộ bằng phương pháp giải tích Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ ÁO ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH Nguyễn Mạnh Hùng1* 1 Phân hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 450-451 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: Email: hungnm_ph@utc.edu.vn. Tóm tắt. Với mục tiêu xây dựng một công cụ tiện ích để dự báo trường nhiệt độ áo đường bê tông nhựa (BTN) đường ô tô cho cả khu vực Đồng bằng Bắc bộ nhằm góp phần giải quyết các vấn đề liên quan đến yếu tố nhiệt, bài báo tiến hành thiết lập và giải mô hình bài toán truyền nhiệt qua các lớp mặt đường này. Nhờ công cụ toán học là phép biến đổi Laplace áp dụng cho vật liệu nhiều lớp nửa vô hạn, mô hình xác định và dự báo trường nhiệt độ qua lớp BTN đã được xây dựng. Mô hình lý thuyết chỉ ra rằng, khi tăng hệ số dẫn nhiệt của lớp BTN dày 18 cm từ 1,2 W/(m.K) lên tới 2 W/(m.K), nhiệt độ lớn nhất trong lớp BTN giảm từ 64,89 oC xuống còn 56,40 oC. Việc đánh giá độ tin cậy của mô hình cũng được tiến hành. Sai lệch tương đối lớn nhất giữa kết quả nghiên cứu thực nghiệm tại Ninh Bình với kết quả thu được từ mô hình dự báo là 10,98%. Tại Hà nội, sai lệch lớn nhất giữa thực nghiệm và mô hình tại các lớp bề mặt, sâu 20 mm, 50 mm lần lượt là 6,24%, 9,58% và 17,34%. Từ khóa: mô hình dự báo, trường nhiệt độ, áo đường, đồng bằng Bắc bộ, giải tích. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trường nhiệt độ áo đường bê tông nhựa (BTN) phụ thuộc khá nhiều vào bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí cũng như vĩ độ hay vị trí của đối tượng được nghiên cứu. Việc nghiên cứu, dự báo, đánh giá trường nhiệt độ của lớp áo đường tại một khu vực có giá trị hữu ích trong việc khai thác, bảo dưỡng chính công trình đường đó. Trên thế giới đã có khá nhiều công trình nghiên cứu xác định trường nhiệt độ của các lớp bê tông nhựa bởi nhiệt độ có ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng đường. Các công trình nghiên cứu này được thực hiện theo nhiều hướng: lý thuyết, thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm. Tuy vậy, cho dù theo hướng nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm hay kết hợp thì các kết quả này chủ yếu áp dụng cho điều kiện khí hậu tại các khu vực ở nơi thực hiện công trình nghiên cứu, khi áp dụng cho một vùng cụ thể khác hoàn toàn có thể gây ra sai số lớn. Bên cạnh đó, hầu hết các mô hình đều ở dạng nhiệt độ mặt đường nhựa là hàm của nhiệt độ không khí trong khi bức xạ mặt trời lại là yếu tố quyết định ở các nước thuộc khu vực nhiệt đới, ví dụ như trong các công trình [1], [2], [3], [4]. Trong nước cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về trường nhiệt độ mặt đường BTN nói chung tại Việt Nam. Đa số các công trình nghiên cứu trong số đó được thực hiện theo hướng -637- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải thực nghiệm ví dụ như [7], [8], [9], [10], [11]. Công trình [6] được thực hiện theo phương pháp số. Công trình [5] sử dụng phương pháp giải tích, tuy vậy mấu chốt của bài toán cũng là nghiệm cần tìm toán được đưa vào nghiên cứu ở đây là nhiệt độ lớp bề mặt xác định theo phương pháp giải tích thì lại được giả thiết là hàm sin. Bên cạnh đó, theo tìm hiểu của chúng tôi thì chưa có công trình nghiên cứu nào về xây dựng mô hình dự báo trường nhiệt độ trên cơ sở phương pháp giải tích, đặc biệt là cho vùng khí hậu đồng bằng Bắc Bộ nơi có mật độ đường tương đối lớn. Trong bài báo này sẽ tiến hành nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo trường nhiệt độ áo đường bê tông nhựa trên đường ô tô khu vực đồng bằng Bắc bộ. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng ở đây là phương pháp kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 2.1. Mô hình bài toán truyền nhiệt qua áo đường và các giả thiết Các giả thiết cho bài toán truyền nhiệt ở đây bao gồm: vật liệu chỉ bao gồm 2 lớp là lớp BTN (lớp 1) và lớp móng có chiều dày vô hạn (lớp 2) (hình 2.1); tiếp xúc giữa các lớp vật liệu là lý tưởng; trong các lớp vật liệu không có nguồn sinh nhiệt, nghĩa là việc xác định trường nhiệt độ ở đây ứng với thời gian đủ dài sau khi thi công xây dựng đường; bỏ qua ảnh hưởng nhiệt do các yếu tố vận hành, như tải trọng, tốc độ xe, …; mặt đường là mặt phẳng; bỏ qua giãn nở nhiệt. Với các giả thiết nêu trên, đây là bài toán truyền nhiệt không ổn định một chiều qua nhiều lớp vật liệu nửa vô hạn, mô hình toán học được thể hiện như sau: 1  2 1 = a 1 . 2 , 0 < x < L,  > 0 (2.1a)  x  2  2 = a 2 . 22 , L < x < +,  > 0 (2.1b)  x với điều kiện biên (ĐKB): 1 − 1 + 11 = 1f1 () tại x = 0,  > 0 (2.1c) x 1  Hình 2.1. Mặt cắt ngang 1 = 2 2 tại x = L,  > 0 (2.1d) áo đường. x x 1(x, ) = 2(x, ); tại x = L,  > 0 (2.1e)  2 →0 khi x →  (2.1f) x và điều kiện ban đầu (ĐKBĐ): 1(x, 0) = 2(x, 0) = F(x,0) tại  = 0 (2.1g) trong đó:  - thời gian, giây; a1, a2 – hệ số dẫn nhiệt độ của các lớp vật liệu, m2/s; i(x,) là nhiệt độ trong các lớp 1, 2, oC; L – bề dày lớp vật liệu thứ nhất, m; 1, 2 – hệ số dẫn nhiệt các lớp vật liệu; 1 – hệ số trao đổi nhiệt tương đương tại bề mặt trên lớp -638- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII ...