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城市道路路面高温是加剧城市热岛效应的重要因素,同时也是路面损坏和道路使用寿命减小的主要“元凶”。保水半柔性路面具有良好的保水降温性能和路用性能,通过吸水蒸发降低路面及近地面大气温度,且施工简便易操作,既经济又绿色环保,若在市政道路、人行道和城市广场等场地大规模推广,将是极大程度缓解城市“热岛效应”和建设“海绵型”城市的一种有效措施,为修复城市生态结构和构建绿色、和谐、生态、安全的城市居住环境提出新思路。
首先,在分析多个多孔介质热质耦合模型控制方程的基础上,选择了多孔介质内各相守恒模型作为保水半柔性路面的分析模型建立控制方程。依据传热学的基本原理、实验关联式和传热传质比拟建立了保水半柔性路面边界热流密度和水蒸发量的计算式,采用多项热质耦合理论建立起了只需大气温度、空气湿度、风速、太阳辐射等气象要素和材料参数预估保水半柔性路面的温度、水分、水蒸气和蒸发量预估模型。采用有限元软件COMSOLMULTIPHICS对自然对流条件下的沥青混凝土路面的温度和保水半柔性路面的温度、水分、水蒸气浓度进行了数值模拟,并通过室内试验验证了沥青混凝土路面的温度分析模型和保水半柔性路面的蒸发降温模型。结果表明,相较于沥青路面,保水半柔性路面升温更慢,表面温度更低,且顶面温度比底面上升更快,停止辐射后,由于路面高温蒸发依然存在,表面温度比底面温度下降更快,升温过程中会在顶面附近形成水蒸气高浓度区,而在降温过程中,底部形成高浓度区。之后延长辐射时间至9小时,分析不同辐射吸收率条件下的蒸发降温效果,发现表面干燥前后,蒸发量有显著区别,表面干燥后,虽然路面温度很高,但是蒸发量显著减少,因此将表面干燥前视为降温持续时间。辐射吸收率越低,表面蒸发量越小,降温幅度越小,蒸发降温持续时间越长。
其次,研究其在极端辐射强制对流不同风速条件下的蒸发降温效果,结果表明由于风速影响,在路面内部中层靠上位置形成水蒸气高浓度区,进风口处水分蒸发速度快于出风口,进风口温度远于出风口温度;相同空气湿度条件下风速越大,水分蒸发速度越快,表面蒸发量越大,降温幅度越大,表面干燥越快,进风口和出风口温差越大,但降温持续时间就越短。
最后,研究其在极端辐射强制对流不同空气湿度条件下的蒸发降温效果,同时进一步对不同空气湿度下的近地面空气温度进行分析,引入气象学中人体舒适度概念,并采用三种不同的舒适度评价数学模型对保水半柔性路面近地面空间的人体舒适度进行综合评价。结果表明,相同风速条件下空气湿度越高,其水分蒸发速度越慢,表面温度越高,降温幅度就越小,但降温持续时间就越长;上方近地面空间进风口空气温度低于出风口温度,空气温度随着与道路表面距离的增加而降低,至上方2.5m与大气温度相同,上方1.5m-2.0m高度三种舒适度评价指数均显示较为舒适,行人对此空间范围内的的热环境感觉舒适。
首先,在分析多个多孔介质热质耦合模型控制方程的基础上,选择了多孔介质内各相守恒模型作为保水半柔性路面的分析模型建立控制方程。依据传热学的基本原理、实验关联式和传热传质比拟建立了保水半柔性路面边界热流密度和水蒸发量的计算式,采用多项热质耦合理论建立起了只需大气温度、空气湿度、风速、太阳辐射等气象要素和材料参数预估保水半柔性路面的温度、水分、水蒸气和蒸发量预估模型。采用有限元软件COMSOLMULTIPHICS对自然对流条件下的沥青混凝土路面的温度和保水半柔性路面的温度、水分、水蒸气浓度进行了数值模拟,并通过室内试验验证了沥青混凝土路面的温度分析模型和保水半柔性路面的蒸发降温模型。结果表明,相较于沥青路面,保水半柔性路面升温更慢,表面温度更低,且顶面温度比底面上升更快,停止辐射后,由于路面高温蒸发依然存在,表面温度比底面温度下降更快,升温过程中会在顶面附近形成水蒸气高浓度区,而在降温过程中,底部形成高浓度区。之后延长辐射时间至9小时,分析不同辐射吸收率条件下的蒸发降温效果,发现表面干燥前后,蒸发量有显著区别,表面干燥后,虽然路面温度很高,但是蒸发量显著减少,因此将表面干燥前视为降温持续时间。辐射吸收率越低,表面蒸发量越小,降温幅度越小,蒸发降温持续时间越长。
其次,研究其在极端辐射强制对流不同风速条件下的蒸发降温效果,结果表明由于风速影响,在路面内部中层靠上位置形成水蒸气高浓度区,进风口处水分蒸发速度快于出风口,进风口温度远于出风口温度;相同空气湿度条件下风速越大,水分蒸发速度越快,表面蒸发量越大,降温幅度越大,表面干燥越快,进风口和出风口温差越大,但降温持续时间就越短。
最后,研究其在极端辐射强制对流不同空气湿度条件下的蒸发降温效果,同时进一步对不同空气湿度下的近地面空气温度进行分析,引入气象学中人体舒适度概念,并采用三种不同的舒适度评价数学模型对保水半柔性路面近地面空间的人体舒适度进行综合评价。结果表明,相同风速条件下空气湿度越高,其水分蒸发速度越慢,表面温度越高,降温幅度就越小,但降温持续时间就越长;上方近地面空间进风口空气温度低于出风口温度,空气温度随着与道路表面距离的增加而降低,至上方2.5m与大气温度相同,上方1.5m-2.0m高度三种舒适度评价指数均显示较为舒适,行人对此空间范围内的的热环境感觉舒适。