摘 要：本文針對現(xiàn)有的道路灑水降溫系統(tǒng)不合理等問題設(shè)計了一種先進的噴灑裝置輔助路面灑水車。該裝置的變壓噴頭的噴灑區(qū)域為遞進式的圓弧形，可以滿足不同的噴灑射程，它的應(yīng)用能降低灑水車對路面車輛正常行駛的干擾和實現(xiàn)對水資源合理化的使用，從而改善交通狀況，促進和諧交通的發(fā)展。另外，在冬天可以加入適當(dāng)?shù)娜谘﹦β访娴姆e雪和冰層進行融化處理。

關(guān)鍵詞：噴頭壓力控制；噴頭結(jié)構(gòu)參數(shù)；噴頭工作區(qū)域；管道系統(tǒng)；

文章編號：1674-3520（2015）-04-00-01

一、研究背景

中國是一個干旱缺水嚴重的國家，扣除難以利用的洪水涇流和散布在偏遠地區(qū)的地下水資源后，中國現(xiàn)實可利用的淡水資源量則更少。近幾年，瀝青路面在城市道路中大量應(yīng)用，吸收了大量的太陽輻射，使得城市熱島效應(yīng)更為嚴重；高溫的瀝青路面，釋放出大量的瀝青揮發(fā)物，使人居住環(huán)境急劇惡化。并對車輛輪胎造成一定的損壞，造成爆胎或自燃，對交通安全造成嚴重影響。目前為止，用于道路降溫、防塵的灑水車體積大，速度慢，影響了城市交通和城市美化；由于重量大引起彎拉應(yīng)力超過混凝土的極限彎拉強度時，混凝土板會發(fā)生斷裂破壞。而且現(xiàn)在的灑水車機動性與靈活性不夠強，無法及時地對降溫路面進行及時有效的降溫。

二、設(shè)計原理

（一）設(shè)計思路

建造合適的蓄水池，在夏天利用蓄水池儲存的水源經(jīng)地下管道，通過專門設(shè)計的變壓式噴頭對路面進行噴水降溫，在冬天加入適當(dāng)?shù)娜谘﹦β访娴姆e雪和冰層進行融化處理。

（二）研究方法

本研究主要采用功能分析法、調(diào)查法，結(jié)合AutoCAD和Solidworks等軟件進行設(shè)計和仿真，以進行實際案例應(yīng)用分析。

1、出水管道噴頭外部形狀及尺寸設(shè)計

根據(jù)市面上常見的性能參數(shù)表，結(jié)合本課題的具體情況，選用孔徑為0.91mm，壓力為3Pa，高度為40cm的噴頭，這樣噴灑的容量為0.79L/min。孔徑為0.91mm，既符合市場上常規(guī)的規(guī)格，也符合本設(shè)計噴灑的需要；噴頭高度為40cm，略高于機動車車輪圓徑，不會給車輛正常行車造成視覺影響。

以海爾大道為例，長度5km，若每隔12m安置一個噴頭，共需要5000/12×2=833個噴頭。需水量為833×0.56=658L/min。夏季高溫時間為10點-16點，每天噴灑時間為6h，每小時噴水時間為10min，所以實際噴水時間為1h，即60min，每天需水量為658×6039484L=40m3。

2、此次設(shè)計的變壓噴頭設(shè)計核心為變量噴灑，即在噴頭的進口處增設(shè)壓力調(diào)節(jié)裝置。通過壓力裝置調(diào)節(jié)噴頭水壓，從而改變噴灑射程，并且將噴灑域設(shè)置為扇形。

工作原理：上圖為壓力調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)子位于定子之上，兩者相互重疊，隨著水流的沖擊轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)子和定子的橫截面可以看到，設(shè)置圖示方位為初始相對位置，即轉(zhuǎn)角為0°，是過流面積最大時刻，此時壓力最積小。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過45°，過流面達到最小時刻，此時壓力最大。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子與定子耦合面積的循環(huán)變化，即水流通過調(diào)節(jié)裝置的橫截面積的循環(huán)變化，實現(xiàn)對過流壓力的調(diào)節(jié)，從而使噴頭的噴灑射程得到自動改變。（1）

3、覆蓋半徑及區(qū)域

噴頭開口設(shè)置為150°，因此由噴頭噴灑出的水為扇形。工作面積S=5/12πR2。若車道雙向2n車道，工作半徑R=（n-1）L（L：車道寬度）。

設(shè)水泵出水口面積為S1，出水流速為V1，每個水泵連接n個噴頭，噴頭出水面積為Si，流速為Vi，則S1×V1×t=n×Si×Vi×t。

噴水口距離地面高度為h，由h=1/2gt2，R=Vi×t求得Vi，由Vi求得噴頭出水面積Si，Si對應(yīng)噴頭型號。

4、供水來源

（1）工廠處理后的二級水。企業(yè)分布有一個重要特點就是集約化，這些企業(yè)集中分布也就便利了地下蓄水池的修建。幾個工廠共同使用同一個蓄水池，節(jié)約成本。

（2）天然雨水。不得不承認現(xiàn)階段雨水的價值越來越大，與其直接流入下水道，不如直接利用起來。通過建立一個簡易的過濾雨水收集池裝置，直接將水資源引入到蓄水池當(dāng)中。

簡介如下：在低洼處挖蓄水池，以作收集雨水之用。其頂部為一簡易過濾層，過濾層組成至上而下依次為鵝卵石，石英砂，活性炭，紗布，蓬松棉。以此可以過濾掉雨水中混雜的雜物、泥土等。

5、應(yīng)用方法。一般情況下，本設(shè)計產(chǎn)品的應(yīng)用時間為交通高峰期和每日溫度較高時段（例如10：00——16：00），每6分鐘定時開啟一次，每次噴灑大約1分鐘左右。

三、創(chuàng)新特色

（一）該裝置為自動調(diào)節(jié)壓強的變壓裝置，分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分，3D效果圖見附錄2。灑水距離隨水流大小，壓強產(chǎn)生變化，可自動控制。

（二）冬季輔助融雪功能

在其噴灑的液體中添加融雪劑，其具備冬季路面融雪及破冰的輔助作用。氯化鎂對人體及其他事物影響較小，價格適宜，價格約為260元/噸，是最合適的融雪材料。

針對該設(shè)計產(chǎn)品的輔助功能，即冬季融雪的效果，其運作過程大致如下：秋冬季保養(yǎng)噴頭及管道，及時放掉管道中的水——下雪應(yīng)急，打開裝置，向通過管道的水中加入融雪劑——開始噴灑，工作一定時間——工作完畢，排空水。

四、應(yīng)用前景

（一）可行性分析

蓄水池建造耗資大，以1000元/立方米計算，一次建成150立方米及各種費用在16萬元，加之各種管道、噴頭裝置后耗費更大，從短期來看，投資大，加之各種控制裝置、有科技含量的東西應(yīng)用于路面，也會使得作為行人的我們短時間內(nèi)無法接受。另一方面，一臺灑水車市場價在5萬元左右，但是隨著冬季的臨近，灑水車逐漸閑置下來，加之各種不經(jīng)意的機器磨損，如果從長期來看，灑水車的效用不及此公路降溫裝置。

（二）產(chǎn)品推廣及發(fā)展前景

毫無疑問水資源嚴重制約了城市的發(fā)展，在未來人與水資源的矛盾會越來越嚴重，雖然說在城市地下建立蓄水池耗費巨大、難度頗高，建立各種輸水管道需要政府部門與各工廠企業(yè)協(xié)調(diào)利益，但是符合城市長遠的發(fā)展戰(zhàn)略。北京市目前就已經(jīng)在城市地下斥巨資建立了蓄水池來綜合管理利用水資源，這一舉措值得所有城市借鑒。

建立一套完整的此系統(tǒng)，可以使環(huán)保、公路等部門受益。此降溫裝置既可以給路面降溫也可以給綠化帶植物澆水，城市地下的蓄水池除了此功能之外，也可以作為消防蓄水池使用，總之最大限度地將此裝置應(yīng)用于現(xiàn)實生活之中，這也符合和諧社會的發(fā)展理念。

參考文獻：

[1]《全射流噴頭壓力調(diào)節(jié)裝置損失系數(shù)分析及試驗》---劉俊萍、袁壽其、駱寅、湯悅、李紅等（農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011年04期）