[发明专利]一种基于流体吸力的透水混凝土自净化能力模型

说明书

本发明公开了一种基于流体吸力的透水混凝土自净化能力模型，利用哈根‑泊肃叶定律和斯托克斯定律，分别描述了透水混凝土孔隙中的杂质颗粒在流体吸力和重力作用下的垂直运动特征，根据垂直位置确定多孔混凝土的自净化能力。本发明的自净化模型是在透水混凝土孔隙水填满的前提下，利用高速行驶的车轮和孔隙水之间的粘滞效应得到的，为降低透水混凝土的维护保养成本提供了一种可能。

技术领域

本发明涉及透水混凝土维护保养领域，特别是涉及一种基于流体吸力的透水混凝土自净化能力模型。

背景技术

固体颗粒堵塞孔隙是透水混凝土路面的常见问题，由此产生的透水混凝土排水不畅，路面积水等问题会严重影响透水混凝土路面的正常使用。因此，对孔隙进行除尘处理是透水混凝土路面维护保养的重要内容。常用的除尘方法包括真空吸尘、压力水冲洗等，所需成本高，效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于流体吸力的透水混凝土自净化能力模型，为降低透水混凝土的维护保养成本提供了一种可能。

本发明提供了如下的技术方案：

1.一种基于流体吸力的透水混凝土自净化能力模型，其特征在于：孔隙水和高速行驶车轮之间的粘滞作用会导致孔隙水向上运动，并在流体中产生压力差。孔隙中的固体颗粒在压力差作用下向上运动，同时颗粒会在自重作用下向下运动。由此得到颗粒的垂直位置为：

Y_p＝Y_f-Y_G (1)

其中，Y_p为颗粒垂直位置，Y_f为流体压力差作用下颗粒的向上位移；Y_G为重力作用下颗粒的向下位移，根据斯托克斯定律确定。

根据哈根-泊肃叶定律，液体流速和压力差的关系为：

其中，v_f为液体竖向流速，Δp为压力差，f为摩擦系数，r为孔隙半径，η为液体粘滞系数，d为孔隙深度。

根据液体体积应变关系有：

由式(3)得到压力差为：

其中，ΔY为液体上升过程中高度变化量，ΔY＝Y_t-Y_f，Y_t为与车轮产生粘滞力的液体最大高度，R为车轮半径，X为车轮水平运动距离。

根据运动方程有：

其中，v_h为水平车速。

将式(2)和式(4)代入式(5)，并将(5)/(6)，得：

对式(7)积得：

根据斯托克斯定律，有：

其中，g为重力加速度，ρ_p为颗粒密度，ρ_f为液体密度。

颗粒最终的垂直位置为：

其中，车轮水平运动距离X的取值范围在孔隙水和轮胎表面粘滞作用有效的范围内。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。