XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Откровенно говоря, в России проблема дорог стоит очень остро, ведь в центральной России довольно много осадков зимой и дорожные службы не справляются с таким объемом снега. А убирать лед с дорог куда сложнее чем снег, и способы убрать лед приводит к его таянию и появления грязи на дорогах.

Чтобы решить эти проблемы, можно сделать новую технологию создания дороги.

Дорога будет состоять из 3х слоев:

1) Дорожное полотно

2) Теплопроводная насыпь

3) Термотрубы

Материал дорожного полотна должен нагреваться от трения покрышек автомобилей, хорошо держать в себе тепло, должно быть хорошее сцепление и быть износоустойчивым.

Таким образом с этими задачами справится: Бетон на гравии или щебне из природного камня. Этот материал имеет плотность 2400 кг/м³, удельную теплоемкость 0,84 кДж/кг*^оC и кол-во тепла на 1 градус: 2016 кДж/м³*^оС (рис. 2).

Чтобы было хорошее сцепление с дорогой, сверху будет нанесен слой асфальтобетона.

Также дорога должна соответствовать наклону (рис. 1), для возможности скатывания воды в сточный люк или канаву.

Рис.1

Рис.2 Список теплопроводимых веществ.

Вторым слоем дороги должен лежать какой-либо порошковый элемент, способный передавать тепло от термотруб к самому полотну. Но главные задачи этого грунта — это впитывание влаги и погашении импульса в случае аварийной ситуации с теплотрассой (взрыв, прорыв трубы). Таким образом, даже если что-то случится с теплотрассой, максимум что будет это трещины или не критичная ударная волна, а значит машины и водители на дороге будут в безопасности, даже если теплотрасса взорвется. Также грунт будет впитывать влагу до тех пор как отключат подачу воды, что не даст воде залить улицу. Материалом для этого грунта может быть смесь мелкой щебни природного камня и песка.

Рис. 3

И так сама теплотрасса. Теплотрасса не обязательно должна быть широкой. Её главная цель это не передать тепло, а нагревать дорогу. Тем самым главное отличие термотруб от теплотрассы — это отсутствие теплоизоляции и футляра (защита вокруг теплотрассы). Трубы не должны быть большого диаметра, главное чтобы было равномерное распределение тепла по дорожному полотну. Трубы могут быть от 130 до 200 мм в диаметре. Этот диаметр даёт идеальное соотношение к отдаче тепла из трубы и минимальное поглощение тепла самой трубой. Также такой диаметр дает оптимальное количество расположения труб на всю ширину дороги, т.к. если бы трубы были меньше, то пришлось бы делать больше труб на всю ширину дороги. Оптимальное количество труб на дорогу: 1 термотруба на 1 метр ширины дороги. Почему такое плотное расположение труб? Это сделано затем, чтобы не просто растопить лёд и снег, а ещё и высушить влагу и лужи с дороги, ведь если этого не делать, то дорога постоянно будет в грязи.

Рис. 4

Самый подходящий материал для создания прочных, термоустойчивых труб — хромоникеливая сталь.

Источники:

1) "Термодинамика и статистическая физика" - Р.Ф. Фейнман, Р.Б. Лейтон, М. Сэндс.

2) "Stainless Steels" - Leslie Philip, Warren Peterson.

3) "Термодинамика вопросы общей теории" - В. А. Климецкий.

4)"Traffic and Highway Engineering" - Nicholas J. Garber, Lester A. Hoel.

5) "The Asphalt Handbook" - Asphalt Institute.