提出利用2.45 GHz微波,通过非接触式加热方式,实现电气化铁路隧道防结冰的新方法,研究了智能微波防结冰装置。装置由微波源、发射天线、监测控制系统三部分组成,通过微波照射隧道接触网悬挂上方渗水区混凝土,混凝土吸收微波,将微波能转化成热能,使得渗水区温度升高,防止渗水凝结成冰或融化已凝结的冰柱。对渗水区混凝土喷涂吸波涂料以提高吸收效率,降低天线发射功率。仿真计算与实验结果均表明:微波致热实现铁路隧道防结冰是可行的,喷涂1 mm厚的吸波涂料能够提高温升至原来的2倍左右。微波照射区域的温度场分布。为了防止数值色散，选取空间步长Δx、Δy、Δz为微波波长的二十分之一，由于热传导过程缓慢，为保证热传导稳定性，时间间隔的选取与空间步长满足如下要求［7］:Δt≤ρmCp2Kt1Δx2+1Δy2+1Δz2()－1(5)2智能微波防结冰装置研究电气化铁路单洞双线隧道横截面尺寸如图1所示，在线路中心线离轨道面大约7m的高处设置27．5kV的接触网悬挂，供机车取电。接触网悬挂通过绝缘子固定在隧道的顶壁，如果此区域发生渗漏(图1中接触网悬挂的上方)，温度低于0℃时，渗水会结成冰，渗水沿着冰往下滴漏，形成冰柱，冰柱不断向下延伸，与接触网悬挂之间的绝缘距离不断缩短，导致铁路变电所频繁跳闸、接触网线索烧损等线路事故。智能微波防结冰装置安装于渗水区域左下侧的侧壁上，与渗水区域是非接触的，装置离地6m，距离渗水区中心位置3m，微波入射角65°。本文由公司网站网站采  转摘采集转载中国知网整理!  http://www.kuoguanji168.com/图1铁路隧道横截面尺寸示意图智能微波防结冰装置由微波源、发射天线、监测控制系统三部分组成。微波源的核心部件为磁控管，完成电能到磁能的转化。发射天线将微波源产生的微波辐射至渗水处，防结冰技术研究与应用-数控切割机电动滚圆机滚弧机张家港数控滚圆机滚弧机渗水的混凝土吸收微波，温度上升，防止渗水凝结成冰。一旦渗水已经结冰，温升也能使冰柱融化。磁控管与发射天线通过波导管连接。监测控制系统结构如图2所示，主要包括双鉴移动探测器、红外温度传感器、温湿度传感器等外部传感器以及监测控制模块、电源变送器等。电源变送器:将220V交流电压转换成12V及5V直流电压，其中12V直流电压为各类外部传感器提供工作电源，5V直流电压为控制模块CPU线中心正对着的渗水区为坐标原点，渗水区所在的切面设置x轴，沿隧道方向为y轴，隧道壁的厚度通过z轴描述，建立如图3所示的坐标系，渗水区面积为2000mm×2000mm，厚度为200mm(渗水区所在的切面往混凝土里层延伸200mm)。选取含水混凝土相对介电常数ε'r=20，损耗角正切tanδ=0．13［8］。磁控管产生2．45GHz的微波，天线采用水平极化方式发射，用时域有限差分法模拟电磁波的传输，为保证仿真准确度，使用亚网格技术剖分发射天线，采用并行技术在多节点并行计算平台进行仿真计算，得到渗水区混凝土模型的功率损耗密度。图3渗水区混凝土等效仿真模型对喇叭天线而言，喇叭的高度越高，口径面的面积越大，天线增益越高，在同等条件下，天线辐射至材料表面的电场强度和磁场强度越大，材料内的功率损耗密度越大，温度上升越快。但传输距离相同情况下，过高的天线增益会缩小加热区域，考虑到绝缘距离及隧道内空间的制约，选取喇叭天线的高度为400mm，喇叭天线口径面长为360mm，宽为280mm，得到如图4所示的天线方向图。由图可知，主瓣增益为17．6dB，E面的半功率角为21．7°，H面的半功率角为23°，既考虑到加热能量的集中性，又能顾及加热区域的面积不能过小。温升仿真软件对图3所示的渗水区建立温度动态仿真模型，考虑到热能从温度高区域往温度低区域传导，在2000mm×2000mm的模型周围设置宽度为200mm的传热区域，如图3所示的虚线矩形框与实线矩形框之间部分。因此，仿真软件建立的防结冰技术研究与应用-数控切割机电动滚圆机滚弧机张家港数控滚圆机滚弧机本文由公司网站网站采  转摘采集转载中国知网整理!  http://www.kuoguanji168.com/