摘要: 为解决我国多年冻土机场跑道道基的热稳定性控制问题，针对机场跑道特点及飞行区特殊要求，本文提出并研究了一种新型热管降温技术——压缩空气热管，即压缩空气涡流分离制冷+通风管降温技术。主要研究内容及成果如下： （1）为解决传统热管在民航机... 展开 为解决我国多年冻土机场跑道道基的热稳定性控制问题，针对机场跑道特点及飞行区特殊要求，本文提出并研究了一种新型热管降温技术——压缩空气热管，即压缩空气涡流分离制冷+通风管降温技术。主要研究内容及成果如下： （1）为解决传统热管在民航机场跑道中应用存在的局限性，拟定了半导体热管技术和压缩空气热管技术两种新型热管方案并分析了其降温机理。通过对土样的降温试验对两种方案的降温效果进行了对比，表明压缩空气热管降温明显且效率较高。为后续压缩空气热管的研究提供了基本依据。 （2）首先对压缩空气热管降温理论进行了分析研究；然后开展了压缩空气热管室内试验，通过试验测定涡流管性能参数，对比了在冷暖两季不同环境温度下，不同埋深下、不同管径的压缩空气热管在冻土土基内的降温效果；建立数值模型，验证了压缩空气热管降温效果。试验表明：①涡流管的最佳入口气体压力为0.7Mpa，最佳冷流率为51.8%，入口进气温度的变化对涡流管能量分离效应的整体影响较小，随着入口气体温度的升高，涡流管的制冷效应逐渐升高；②管径为30mm的压缩空气热管降温效果最佳，管径为25mm次之，管径为20mm相对较差；③在压缩空气热管工作7d后，管径为20mm的压缩空气热管有效降温半径为1.4m~1.6m，管径为25mm的压缩空气热管有效降温半径为1.6m~2m，管径为30mm的压缩空气热管有效降温半径为1.8m~2m；④试验所测得的土基温度变化曲线和有限元模型所计算的土基温度变化曲线整体上保持一致，验证了有限元仿真模型计算的准确性和可行性。 （3）通过有限元模拟对压缩空气热管工艺参数进行了分析及优化，确定最佳压缩空气热管管径为50mm，最佳工作通风时间为40d，其有效降温半径为2.72m，为了保证压缩空气热管在冻土机场跑道路基中充分发挥其降温作用，建议采取布置间距为2.5m。对比分析了天然土基、道面土基和含有压缩空气热管降温下跑道土基温度场变化规律，结果表明：同一工况下，道面土基温度相对于天然土基有所提高，不同工况下道面土基冻土上限较天然土基冻土上限至少下降了1.30m~1.66m，其降幅率至少为30.44%~46.36%；在压缩空气热管降温作用下，不同工况下，跑道土基温度下降，土基增温幅度减小，其冻土上限较无降温措施下道面土基至少增加1.77m~1.96m，其增幅率至少为33.03%~38.55%。 收起