一种公路降温装置设计研究

摘 要：本文针对现有的道路洒水降温系统不合理等问题设计了一种先进的喷洒装置辅助路面洒水车。该装置的变压喷头的喷洒区域为递进式的圆弧形，可以满足不同的喷洒射程，它的应用能降低洒水车对路面车辆正常行驶的干扰和实现对水资源合理化的使用，从而改善交通状况，促进和谐交通的发展。另外，在冬天可以加入适当的融雪剂对路面的积雪和冰层进行融化处理。

关键词：喷头压力控制；喷头结构参数；喷头工作区域；管道系统；

一、研究背景

中国是一个干旱缺水严重的国家，扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，中国现实可利用的淡水资源量则更少。近几年，沥青路面在城市道路中大量应用，吸收了大量的太阳辐射，使得城市热岛效应更为严重；高温的沥青路面，释放出大量的沥青挥发物，使人居住环境急剧恶化。并对车辆轮胎造成一定的损坏，造成爆胎或自燃，对交通安全造成严重影响。目前为止，用于道路降温、防尘的洒水车体积大，速度慢，影响了城市交通和城市美化；由于重量大引起弯拉应力超过混凝土的极限弯拉强度时，混凝土板会发生断裂破坏。而且现在的洒水车机动性与灵活性不够强，无法及时地对降温路面进行及时有效的降温。

二、设计原理

（一）设计思路

建造合适的蓄水池，在夏天利用蓄水池储存的水源经地下管道，通过专门设计的变压式喷头对路面进行喷水降温，在冬天加入适当的融雪剂对路面的积雪和冰层进行融化处理。

（二）研究方法

本研究主要采用功能分析法、调查法，结合AutoCAD和Solidworks等软件进行设计和仿真，以进行实际案例应用分析。

1、出水管道喷头外部形状及尺寸设计

根据市面上常见的性能参数表，结合本课题的具体情况，选用孔径为0.91mm，压力为3Pa，高度为40cm的喷头，这样喷洒的容量为0.79L/min。孔径为0.91mm，既符合市场上常规的规格，也符合本设计喷洒的需要；喷头高度为40cm，略高于机动车车轮圆径，不会给车辆正常行车造成视觉影响。

2、此次设计的变压喷头设计核心为变量喷洒，即在喷头的进口处增设压力调节装置。通过压力装置调节喷头水压，从而改变喷洒射程，并且将喷洒域设置为扇形。

工作原理：上图为压力调节装置结构形式，转子位于定子之上，两者相互重叠，随着水流的冲击转子开始转动，通过转子和定子的横截面可以看到，设置图示方位为初始相对位置，即转角为0°，是过流面积最大时刻，此时压力最积小。转子转过45°，过流面达到最小时刻，此时压力最大。随着转子转动，转子与定子耦合面积的循环变化，即水流通过调节装置的横截面积的循环变化，实现对过流压力的调节，从而使喷头的喷洒射程得到自动改变。

（1）

3、覆盖半径及区域

设水泵出水口面积为S1，出水流速为V1，每个水泵连接n个喷头，喷头出水面积为Si，流速为Vi，则S1×V1×t=n×Si×Vi×t。

4、供水来源

（1）工厂处理后的二级水。企业分布有一个重要特点就是集约化，这些企业集中分布也就便利了地下蓄水池的修建。几个工厂共同使用同一个蓄水池，节约成本。

（2）天然雨水。不得不承认现阶段雨水的价值越来越大，与其直接流入下水道，不如直接利用起来。通过建立一个简易的过滤雨水收集池装置，直接将水资源引入到蓄水池当中。

简介如下：在低洼处挖蓄水池，以作收集雨水之用。其顶部为一简易过滤层，过滤层组成至上而下依次为鹅卵石，石英砂，活性炭，纱布，蓬松棉。以此可以过滤掉雨水中混杂的杂物、泥土等。

5、应用方法。一般情况下，本设计产品的应用时间为交通高峰期和每日温度较高时段（例如10：00――16：00），每6分钟定时开启一次，每次喷洒大约1分钟左右。

三、创新特色

（一）该装置为自动调节压强的变压装置，分为定子与转子两部分，3D效果图见附录2。洒水距离随水流大小，压强产生变化，可自动控制。

（二）冬季辅助融雪功能

在其喷洒的液体中添加融雪剂，其具备冬季路面融雪及破冰的辅助作用。氯化镁对人体及其他事物影响较小，价格适宜，价格约为260元/吨，是最合适的融雪材料。

针对该设计产品的辅助功能，即冬季融雪的效果，其运作过程大致如下：秋冬季保养喷头及管道，及时放掉管道中的水――下雪应急，打开装置，向通过管道的水中加入融雪剂――开始喷洒，工作一定时间――工作完毕，排空水。

四、应用前景

（一）可行性分析

蓄水池建造耗资大，以1000元/立方米计算，一次建成150立方米及各种费用在16万元，加之各种管道、喷头装置后耗费更大，从短期来看，投资大，加之各种控制装置、有科技含量的东西应用于路面，也会使得作为行人的我们短时间内无法接受。另一方面，一台洒水车市场价在5万元左右，但是随着冬季的临近，洒水车逐渐闲置下来，加之各种不经意的机器磨损，如果从长期来看，洒水车的效用不及此公路降温装置。

（二）产品推广及发展前景

毫无疑问水资源严重制约了城市的发展，在未来人与水资源的矛盾会越来越严重，虽然说在城市地下建立蓄水池耗费巨大、难度颇高，建立各种输水管道需要政府部门与各工厂企业协调利益，但是符合城市长远的发展战略。北京市目前就已经在城市地下斥巨资建立了蓄水池来综合管理利用水资源，这一举措值得所有城市借鉴。

建立一套完整的此系统，可以使环保、公路等部门受益。此降温装置既可以给路面降温也可以给绿化带植物浇水，城市地下的蓄水池除了此功能之外，也可以作为消防蓄水池使用，总之最大限度地将此装置应用于现实生活之中，这也符合和谐社会的发展理念。