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大孔隙透水沥青路面对城市热岛效应的影响分析

作　者: 张新
导　师: 孔永健
学　校: 北京交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 城市热岛大孔隙透水沥青路面蒸发性能温湿模型城市气温
分类号: X16
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 4次
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内容摘要

随着社会的发展,我国的道路交通已经进入了高速发展时期,城市作为经济发展的桥头堡,城市不论从面积还是人口、从车辆还是人们活动的频率都有显著的提高,因此城市道路建设的越来越大,同时这个给城市内部的热力环境、自然环境,生态环境及生活环境带来影响,并引发热岛效应。其中热岛效应的危害已经影响到了诸多方面:致使城乡用电紧张;城市污染气体难以扩散;影响人们的休息和工作;引起心情烦躁、中暑、精神紊乱。由于城市道路对城市下垫面热性能改变的影响,本文首先结合相关试验数据分析、确定城市下垫面对城市气温影响的主要方式。通过多孔介质特性,分析大空隙沥青混合料的孔隙特点和热性能。其次,理论分析多孔介质内部的蒸发特征,对比相关的大孔隙材料的蒸发性能的研究实例。分析路面的所处的热环境,分析研究各相关条件。建立大孔隙透水性沥青路面温度与含湿量数值模型,确定边界条件。通过假定北京市道路均采用同一大孔隙材料,分析降雨之后的数天之内路表气温的变化情况。同时,粗略的估计城市气温变化情况。此外,引入人体舒适度模型,在国内外已经成型的舒适度模型中,从权威性、地域性和针对性三个角度,对由大孔隙透水性沥青路面引起成是缓解城市热岛的效果进行综合评价。本文为大孔隙透水性沥青路面温湿模型的进一步研究提供的一种思路和方法,同时在应用计算机语言进行了程序的简单编制。由于实验室设备及其现实情况的约束,本研究成果还需要进一步的提高,并需要在实践中不断完善。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 引言  10-13
  1.1 国内外大孔隙透水沥青路面的研究现状  11-12
  1.2 本论文的研究内容  12-13
2 热岛效应的基础知识  13-19
  2.1 什么是城市热岛  13-14
    2.1.1 城市热岛在温度场上特征  13
    2.1.2 城市热岛在时间上的分布特点  13-14
  2.2 热岛形成的原因  14-16
    2.2.1 热源的分类  14-15
    2.2.2 热量的平衡改变和城市水体的破坏  15-16
  2.3 热岛影响的确定  16-17
    2.3.1 人体温感对热岛效应的反映  16-17
    2.3.2 城市热岛强度的确定  17
  2.4 解决热岛效应的基本方法  17-18
    2.4.1 城市道路改造  17
    2.4.2 城市水体和绿化  17-18
    2.4.3 城市整体规划角度出发  18
  2.5 小结  18-19
3 普通沥青路面对城市大气受热的影响  19-23
  3.1 近地大气受热分析  19-20
    3.1.1 气体受热机理  19
    3.1.2 近地大气受热状况  19-20
  3.2 沥青路面的辐射理论  20-21
    3.2.1 大气逆辐射Q_a  20
    3.2.2 路面辐射  20
    3.2.3 路面有效辐射F  20-21
  3.3 有效辐射F 对比  21-22
  3.4 计算结果分析  22
    3.4.1 每平方米沥青路面向大气中输出的热量  22
    3.4.2 每平米草地向大气中输出的热量  22
  3.5 小结  22-23
4 大孔隙透水沥青路面蒸发强度研究  23-41
  4.1 试件有效孔隙率η和热容量  23-25
    4.1.1 排水法测定路面材料的有效孔隙率  23
    4.1.2 求解迂曲度  23-24
    4.1.3 求解多孔介质孔隙大小分布  24
    4.1.4 计算多孔介质的比热容  24-25
  4.2 大孔隙材料的蒸发性能  25-32
    4.2.1 大孔隙材料内水分运动方程  25-28
    4.2.2 与试验蒸发情况相比  28-29
    4.2.3 孔隙沥青混合料的研究方法  29-30
    4.2.4 路面蒸发强度和蒸发区域的变化  30-32
  4.3 大孔隙材料蒸发试验  32-40
    4.3.1 对王波博士试验结果的研究  32-40
  4.4 小结  40-41
5 大孔隙透水沥青路面温度  41-57
  5.1 路面温度场  41-44
    5.1.1 能量平衡分析  41-42
    5.1.2 研究方法  42
    5.1.3 一般路面的求解方法  42-44
  5.2 大孔隙透水沥青路面温度的影响因素  44-47
    5.2.1 太阳辐射与地表辐射  44-46
    5.2.2 地表环境辐射  46
    5.2.3 路面热容量  46
    5.2.4 风速  46-47
    5.2.5 气温  47
  5.3 自然条件下大孔隙透水沥青路面温湿模型的建立  47-56
    5.3.1 模型的条件假定  48-50
    5.3.2 太阳有效辐射强度与对流传热  50-51
    5.3.3 蒸发潜热  51
    5.3.4 差分计算路面单元节点温度  51
    5.3.5 求解路面温度与含水量的变化  51-53
    5.3.6 算例  53-56
  5.4 小结  56-57
6 人体舒适度  57-63
  6.1 人体舒适度  57-60
    6.1.1 人体舒适度模型的建立  58-59
    6.1.2 人体舒适度模型的选定  59-60
  6.2 人体舒适度综合评价  60-61
    6.2.1 三种模型对应分析  60-61
  6.3 小结  61-63
7 结论  63-65
  7.1 论文研究成果  63-64
    7.1.1 分析和确定热岛形成的主要因素  63
    7.1.2 研究大孔隙透水沥青路面的蒸发性能  63
    7.1.3 建立路面温湿模型与编程计算  63-64
    7.1.4 人体舒适度的变化  64
  7.2 有待进一步的研究  64
  7.3 结束语  64-65
参考文献  65-67
作者简历  67-68

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