基于流体蒸发模型的路面洒水降温特性及方案研究

发布时间：2020-04-19 07:44

【摘要】：随着城市的高速发展,城市交通网逐渐完善,道路高温成为了城市热岛效应的主要原因。降低路面温度,不仅能够缓解城市热岛效应,还能维护路面结构和使用功能,提高路面的耐久性。针对如何降低路面温度,国内外学者们主要从热反射涂层、大空隙路面和路面洒水等方面进行研究。相较于其他降温方法,洒水降温拥有着简便、有效和环保的优势。然而,针对路面洒水降温的研究,学者们只是聚焦于洒水降温效果等方面,尚未对洒水降温特性及方案进行研究总结。因此,本文使用有限体积软件模拟结合试验,分析路面洒水降温的影响因素,并在影响因素的基础上得出洒水方案。首先,使用有限体积软件建立路面及流体蒸发模型,并基于该模型模拟分析不同因素对路面洒水降温的影响特性。同时通过室内路面洒水降温试验拟合模拟结果,确保结果的真实客观性。其次,根据各因素影响特性进一步模拟分析路面在实际一天中不同情况下的洒水方案,并设计室外试验矫正误差,得出多情况组合下的洒水次数、洒水时间和洒水量。最终,根据洒水方案进行效益分析,佐证路面洒水降温的可行性。结果表明:1.风速、单次洒水量、路面空隙率的增大均会提高路面洒水降温幅度和降温持续时间;路面辐射吸收率增大会降低路面洒水降温幅度和降温持续时间;空气湿度增大会提高路面洒水降温持续时间,但对降温幅度影响甚微。2.沥青路面在不同交通量、不同使用年限和不同湿度地区的洒水次数会有所差异,相较于水泥路面来说洒水次数偏少。路面多情况组合时按照最不利情况来考虑。洒水时机视洒水次数而定。3.路面洒水后能节约路面上方车辆和周围壁面的空调制冷能耗。其中路面洒水对上方车辆所节约的空调制冷能耗影响较大,对周围壁面所节约的空调制冷能耗影响较小。除此之外路面洒水还能提升行人的舒适感,维护路面结构和使用功能。
【图文】：

现象,城市下垫面,路面,城市热岛效应

图 1-1 18 年初北京的“飘雪”现象图 1-2 18 年广东超强台风“山竹”造成城市热岛效应的原因主要包括三大方面：城市人工热源、城市大气污染及城市下垫面的特性。其中城市下垫面的特性是因为下垫面的材料大多为混凝土及碎石。此类下垫面热传导率高，能快速受热传热。白天将大量的太阳辐射吸收升温，并将热量传导给大气，提高大气温度，使得城市气温普遍升高。同时，路面在大量吸热升温的同时，会以热辐射的形式将大量的热量传递给附近的高楼建筑，从而形成类似于上方开口的空腔结构，影响环境内的对流换热。根据杨文娟对路面温度[5]的统计研究，夏季中沥青混凝土路面温度高达 63℃，水泥混凝土路面温度高达 57℃；而相应条件下草地温度为 32℃，树冠温度只有 30℃，由此可以看出路面的温度明显比草地及树冠的温度高出很多。随着城市人口上涨和出行率增大，城市交通网也变得更加密集，城市道路面积在城市下垫面中的占比中逐渐增加。路面高温逐渐成为了城市热岛效应的重要影响因素。除此之外，从路面结构和功能方面考虑，路面高温还会引起车辙、开裂（如图 1-3、1-4），影响行车安全。

城市热岛效应,城市大气污染,台风,广东

【参考文献】