探究环境友好、作物营养型融雪剂开发研究

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1、郑州大学硕士学位论文环境友好、作物营养型融雪剂开发研究姓名：张景亚申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：许秀成;王好斌20040516摘要世界上大多数城市冬天下雪。随着时代的发展，城市规模的不断扩大和城市功能的日渐繁复，冬季雪天对城市道路交通进而对城市生活造成的影响越来越突出，大量积雪阻塞了铁路和公路交通，而且冰雪路面也是冬季里交通事故多发的重要原因。用一种安全可靠的方法除去积雪从而使人们兔受积雪之害成了冬季大多数城市的当务之急。在所有的除雪措施中，融雪剂除雪以其简便的操作方式、低廉的价格及优良的融雪效果，成为近年来城市除雪的新宠。融雪剂融雪的原理在于融雪剂的冰点比水

2、的冰点(0‘C)要低得多，故而在比较低的温度下雪能够融化。以前人们常用的融雪剂是氯化钠溶液，但由于融过雪的氯化钠溶液对环境及生态所带来的种种弊端，作为传统融雪剂的氯化钠将逐渐被其他更环保、更安全的新型融雪剂所代替。“环境友好、作物营养型”融雪剂是一种新型环保型融雪剂。这种新型环保型融雪剂为KCl。MgCl2．Lux。系列，经实验证明：混合物中物质的比例为KCI：MgCl2：Lux=40：50：10、20：70：10及10：80：10的三种混合物符合融雪能力>氯化钠的融雪能力的90％的要求，又含有K、Ca、Mg、N等作物所需要的营养成分。这三种融雪剂中，第一种由于成本高暂不

3、予考虑，第三种对作物的危害较大也被排除，第二种产品经一系列的毒性试验，可以认为是较理想的环保型融雪剂产品。(注。：Lux是一种由尿素、硝酸铵钙、硝酸铵镁及亲水型表面活性剂所组成的低熔点、高渗透性复合物)为定量地评价融雪剂的融雪能力及融雪速度，根据ShaunSellers的“雪融化过程中的水流动理论”一文，本研究探讨了雪融化的动力学模型。Colbeck认为，地面上的雪层是一种多孔介质，它是由三部分所组成的：冰、水和空气。其中冰是固体骨架，而水和空气在其中流动。当t=0时刻，在雪表面Z=H上给予一定的热量g(r)，此时雪表面上的雪开始融化，融化后的水由于重力和毛细管力的作用开

4、始下渗，产生了一个渗滤面或湿界面z。(f)，这个界丽把湿雪区与干雪区分离开来：同时，由于表面融化，雪表面自身也要向下运动这个移动的表面称为融化面z。(f)。能反映水的流动情况的是随深度和时间而变化的两个量：水的体积流量u。和有效的含水饱和度S+。由Darcy定理和水的基本的三相平衡关系可推导出带有边界条件的该过程的主方程。水的三相平衡方程、Darcy定理联合基本的关系式，就得出了关于有效的含水饱和度s+的运动方程，即Fokker-Plank方程譬等=diV∥一。口aaS'-p。扩)(1)该方程是从相平衡的主方程中解出的，因此，只要解出了Fokker—Plank方程(1)，

5、就可以求出有效饱和度F，求出了S+，从而就可以根据Darcy定理和基本的关系式求出水的体积流量u。。而要解方程式(1)，需要知道边界条件这些边界条件可以从相平衡定理中得出。为此把边界看作是单一的表面，通过这些单一表面的相关量可以是不连续的。方程(I)的边界条件为：．p!型：：竺璺坚二旦!墅：呈：巫尘＆“{1+P。，9，-I(s’+s。)(谚～一1)}Lp。ks。伽’-(Y-：-OgradS+-p。g)rn=0在此过程中融化面的运动速度为：j：一堑尘～曲?L而渗滤面的运动方程则分为两种情况：1)含水饱和度连续时，渗滤面的运动方程为铲镂警2)含水饱和度不连续时，渗滤面的运动方

6、程为铲鲥暖麓g驴rad1∥。见n’+611z=0时(2)(3)(4)(5)(6)尽管边界条件即界面的位置z。(，)可以通过方程式(4)来解决，但因为表面有可能处于格点的位置，所以这类问题用数学的方法处理起来仍然是很棘手的，用一种变量转变的方法可以把这种问题简化处理。也就是把依时间的边界条件转化为固定的、不依时间的边界条件。令z：—三一经过这样的变量代换，FokkOr-Plank方程(1)也转化为三。U)百c3S"刮D壶P”川鲁]+c肌炉州州衄，鲁’c，，方程的边界条件为驴h(f)一州鲁卜讣∞)z删(8)驴1+8(t∥川，鲁1'z：。时(9)通过融雪动力学实验装置测定从含融

7、雪剂与不含融雪剂的雪层中，不同高度融化雪的量，并绘出不同深度雪中的有效含水饱和度随时间的变化曲线，从而可定量地比较不同融雪剂的融雪速度。关键词：融雪剂环保营养模型IIIAbstractSnowisverypopularinmanycitiesallovertheworld．Wimthedevelopmentoftimes，expansionofcities’scaleandboomingofcities’competence，commtmicationsandtransportationandinadditioncities’