雪氷路面の物理特性と氷膜発生条件の確定

确定冰雪路面的物理特性和冰膜形成的条件

• 批准号: 10878078
• 负责人: 石川 信敬
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10878078/
• 关键词: 路面熱収支; タイヤ温度; 摩擦係数; 再凍結; 制動距離; 表面温度; つるつる路面; 氷膜; 交通量; スリップ; 放射収支; 圧雪

これまでの研究により、いわゆるつるつる路面は道路雪氷表面が薄く氷膜化した路面であり、これは路面上の積雪が融解再凍結することにより出来ることが明らかになった。そこで本年度は気象条件と車体からの熱量を考量して道路雪氷面熱収支モデルを構築した。この時、遮蔽時間を導入して車両から道路雪氷面に与える熱量を算定すると、風速2m/s、気温-5℃、日射量5MJ/m^2day、反射率0.5では遮蔽時間10分程度で融解を始め、30分では約0.4mmの融解量となった。今年度はさらに道路雪氷面の熱収支モデルにタイヤの摩擦熱を導入する試みも行った。摩擦熱はタイヤがロックして滑走する場合(滑り摩擦)と空転する場合(転がり摩擦)の両方を算定する実験を行った。まず均質な圧雪路面を定速度で走行し、定位置で制動をかけて車をスリップさせてその制動距離から摩擦係数と摩擦熱を求めた。また転がり摩擦熱は車を止めたままタイヤを空転させて算定した。このときタイヤ滑走雪面の温度は赤外放射温度計とサーミスター温度計で測定し、さらに道路雪氷を採取して薄片試料を作って微細構造の変化を求めた。気温-8℃の制動実験では制動20回程度で薄い氷膜が認められ、摩擦係数も0.2以下となった。さらに制動50回で約2-3mmの氷膜の形成を確認した。なお速度20-30km/hの車両が10mの制動距離で50回停止すると、摩擦熱による融解量は2-4mmと算定され、実測をほぼ説明できた。なおタイヤが空転する場所は大きく削剥したがここでは氷膜がより厚くなっており、空転状態の摩擦熱による融解と再凍結が顕著であることが分かる。これまでの実験では氷膜の微細構造とその形成過程を観察し、またタイヤの摩擦熱と車両からの熱を考量して道路雪氷の融解量を求めた。今後はこの融解水の再凍結過程の解明と同時に実際の路面において、道路構造や交通量、気象条件をもとに、ツルツル路面発生予測の研究が必要である。

此前的研究表明，所谓光滑的路面是指路面上有一层薄薄的冰雪薄膜，这是路面上的雪融化再结冰时形成的。因此，今年我们综合考虑天气条件和车身散发热量，构建了道路冰雪表面热平衡模型。此时，如果引入屏蔽时间，计算车辆给予道路冰雪表面的热量，在风速2m/s、温度-5℃的情况下，10分钟左右就会融化。 ℃，太阳辐射5MJ/m^2天，反射率0.5，30分钟熔化量约为0.4mm。今年，我们还尝试将轮胎摩擦热纳入道路冰雪表面的热平衡模型中。我们进行了一项实验来计算轮胎锁定和滑动（滑动摩擦）以及旋转（滚动摩擦）时的摩擦热。首先，车辆在均匀、压实的雪路上匀速行驶，定点制动车辆，车辆打滑，由制动距离测定摩擦系数和摩擦热。滚动摩擦热是通过汽车静止时旋转轮胎来计算的。此时，使用红外辐射温度计和热敏电阻温度计测量轮胎滑动的雪面温度，并收集路面上的雪和冰，制成薄片样品以确定微观结构的变化。在-8℃的制动实验中，约20个制动周期后观察到薄冰膜，摩擦系数小于0.2。此外，在50次制动循环后确认形成约2-3毫米的冰膜。此外，如果车辆以20-30 km/h的速度行驶，制动距离为10 m，停车50次，则计算出摩擦热产生的熔化量为2-4 mm，这几乎可以解释实际情况。测量。需要注意的是，虽然轮胎打滑的区域被刮掉了很多，但那里的冰膜较厚，可以看出，轮胎空转时产生的摩擦热引起的融化和重新冻结是很明显的。在之前的实验中，我们观察了冰膜的微观结构及其形成过程，并考虑了轮胎的摩擦热和车辆发出的热量来计算道路积雪和冰的融化量。未来有必要阐明该融水的再冻结过程，并根据道路结构、交通量和天气条件开展预测湿滑路面发生的研究。

项目成果

N.Ishikawa: "Contributions of heat from traffic vehicles to snow melting on roads"Transportation Research Record. 1672. 28-33 (1999)

N.Ishikawa：“交通车辆对道路融雪的热量贡献”交通研究记录。

Ishikawa,N.and et al.: "Contributions of heat from traffic vehicles to snow melting on roads"Transportation Research Record. 1672. 28-33 (1999)

Ishikawa, N.and et al.：“交通车辆对道路融雪的热量贡献”交通研究记录。

石川信敬,成田英器,加治屋安彦: "凍結路面の発生メカニズムに関する熱収支的考察"寒地技術シンポジュム論文集. 16. 382-388 (2000)

Nobutaka Ishikawa、Hideki Narita、Yasuhiko Kajiya：“结冰路面生成机制的热平衡考虑”寒地技术研讨会论文集 16. 382-388 (2000)。