湿热地区硬化路面淋水降温机理及淋水方案评价研究

论文摘要

随着城市化的进程,硬化路面等人工下垫面极大程度地加强了城市的吸热和蓄热能力,恶化了城市热环境,目前有许多利用高反射率材料或透水性的道路铺装来缓解城市热岛效应的技术应用,但现有的多数路面仍采用传统的铺装材料,因此改善现有道路热环境最直接有效的方法是即时的淋水降温。由于基础研究的缺失,目前硬化路面淋水降温技术的应用还缺乏具体的技术指导。为此,本文探究硬化路面淋水状态下的能量平衡、热湿迁移机理,基于热环境研究评价淋水方案的优劣,旨在为淋水降温技术的具体实施应用提供科学依据。本文通过试件实验,探究湿热地区沥青铺装系统内部热量与水分的分布与传输机理,初步得到在不同淋水方案下的变化规律,然后构建基于COMSOL Multiphysics的热湿耦合模拟方法并验证其可靠性,最后通过模拟探究在不同淋水方式和淋水时段下道路表面热环境变化规律,提出优化的淋水策略。论文主要研究工作及结果如下:(1)根据相关道路铺装标准制作铺装系统试件箱,测量在淋水作用下表面与内部各层温度与含水量在一天之内的变化。结果表明,淋水所能到达的最低温度与下行长波辐射和太阳总辐射强度相关性最大,出现的时间大多在淋水后的10~20min;淋水后的表面平均温度降低5.13℃~8.53℃,与空气的平均温差缩小至0.43℃~7.42℃不等,在16:00~17:00后表面温度低于同期的气温。(2)以多物理场模拟软件COMSOL Multiphysics为基础,构建考虑淋水作用下的道路热湿传递数值模拟方法。通过相关物理方程对软件物理场接口、边界条件等进行修正,选取实测中淋水和不淋水工况进行模拟,分别考虑逐时与逐分钟的气象参数,并与实测结果进行对比,结果表明,模拟值与实测值有较好的一致性和相似性,均方根误差在2℃以内。(3)基于夏季典型气象日数据分析不同淋水方式对道路热环境的影响。结果表明,一定的淋水间隔存在一个最大临界淋水量,例如间隔45min对应0.4kg/m~2,继续增加淋水量不会显著增强降温效果。停止淋水后,残余的降温效果可维持1~2小时。当按一定的淋水间隔和淋水量组合调整淋水方式后,增加淋水量的方式比减小淋水间隔的方式具有更好的降温效果。本文研究对完善道路淋水降温技术体系和缓解城市热岛效应具有重要意义。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杜翔宇

导师: 李琼

关键词: 沥青道路,淋水降温,机理研究,数值模拟

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用,公路与水路运输

单位: 华南理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(编号:51778237)

分类号: U418;X16

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.002613

总页数: 90

文件大小: 9472K

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