基于水冰盐模型的道路除冰融雪剂用量研究

杨海燕，明瑞涛，刘鹏，黄明阳

(1.北京建筑大学 北京应对气候变化研究和人才培养基地，北京 100044；2.中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

在冰雪天气大量的融雪剂应用于道路上[1-2]，美国自2014年以来融雪剂年使用量约2 000 万t[3-4]，我国2010年以来融雪剂用量为60～70万t[5]。融雪剂用量的日益增长，使得人们对融雪剂的不利环境影响开始担忧[6]。研究发现融雪剂对土壤、水体、植物、动物等存在影响[7-9]，这就使得融雪剂使用不能过量[10]。现有对融雪剂的研究未出现针对特定气候下冰雪控制策略和融雪剂施用策略的指南研究[11]，主要依据各地市容提供的除冰雪预案[12]。因此为了维持冬季道路安全，本研究建立融雪剂溶液、冰和盐的WIS物理模型，利用仿真软件Star-CCM+模拟其融雪过程，模拟与验证不同环境下的融雪剂用量。

1 WIS模型分析

1.1 WIS模型组成

当在冰雪覆盖的路面使用融雪剂时，冰雪和融雪剂同时发生相变和热量传递，为计算使用融雪剂后融雪剂溶液、冰雪、融雪剂的质量变化和融雪剂溶液温度变化，建立融雪剂溶液、冰雪、融雪剂构成的水、冰、盐物理模型(WIS)，WIS模型构成见图1。

图1 WIS模型构成图Fig.1 WIS model composition diagram

由于WIS模型除冰雪过程中包含物质的转换和热量传递，融雪剂层、融雪剂溶液层和冰雪层之间的边界很难量化，需对模型进行简化，进行以下假设：盐的溶解通量在时间上恒定；道路、冰雪层、融雪剂溶液、融雪剂底面积相同；忽略车辆对模型的影响；WIS模型中，由于横向连续性和延展性，水平传热相对垂直传热很少，不考虑横向传热；……