道路微波除冰中微波辐射端口高度仿真与试验研究

为有效提升冬季道路微波除冰效率,本文对微波辐射端口高度进行了一定研究。论文在微波除冰机理分析的基础上,通过COMSOL Multiphysics建立仿真模型,研究微波场分布特性和辐射端口高度对除冰效率的影响,并采用微波除冰室内试验对仿真结果进行验证。结果表明：冰层具有透波特性,微波能够透过冰层加热路面;在竖直方向上,微波在波导中正弦变化,在辐射腔中略有降低,在空气中快速衰减,在介质中逐渐损耗;随着辐射端口高度升高,混凝土表面平均微波发热功率和混升温速率都表现为先减低、后升高、然后再降低的趋势,且在辐射端口高度为55 mm时,平均微波发热功率密度达到最大,为299.30 kW/m,升温速率也达到最快,为1.031 ℃/s;试验结果与仿真结果一致。因此,道路微波除冰中最佳辐射端口高度应设计为55 mm,这对于微波除冰技术的应用具有一定指导作用。     

环境温度对道路微波除冰效率的影响

为了实现冬季道路微波快速除冰,对微波除冰过程中的路面材料、环境温度、冰厚、冰层杂质含量(质量分数)、微波加热模式和波导口距路面高度等因素对微波除冰效率产生的影响进行了分析;并对关键影响因素之一的环境温度进行了仿真和试验研究。研究结果表明:相同情况下,环境温度越低,除冰效率就越低;微波加热停止最佳时刻应在路面与冰层结合处温度升至0℃后、结合处冰层开始融化前,具体时刻要靠实际路况确定。     

表面纹理对水泥吸波路面微波除冰性能的影响

为了增强水泥混凝土路面除冰效率,本文制备了吸波及疏水涂层,并在此基础上,构建了8种不同表面纹理,用于探究表面纹理、吸波材料对微波升温性能的影响。首先,以石墨为微波吸收剂,掺加纳米SiO2制备了兼具疏水和吸波性能的水泥基涂层;通过机器学习改进铺砂法获得不同纹理的平均构造深度(mean texture depth ,MTD);为了评估MTD对微波升温效率、均匀性的影响,采用课题组自行研发的微波除冰车进行微波升温试验;同时,测试了普通及涂层混凝土表面的接触角,进行了冰-混凝土冰粘附性剪切试验,用于评价本文所制备涂层的除冰效果。最后,为了保证本研究设计涂层的抗滑性能,还进行了表面抗滑摆值测试。结果表明: 不同程度纹理和吸波涂层两者耦合作用增强水泥路面的吸波升温效率,但纹理对升温均匀性有负面影响;当MTD从0.41 mm(未处理表面)提高至2.11mm时,吸波涂层试件的吸波升温效率提高1.42倍。同时,涂层也显著增强了试件表面的接触角,接触角从25.5°提升至104°,进而冰粘附强度降低。当设计厚度为1.5 mm时,在满足抗滑性的同时涂层仍具有较好的吸波性能。     

碳纤维混凝土微波吸热效率的研究

微波除冰是一种新型的道面除冰方法,具有加热速度快,不污染环境等特点,但除冰效率低限制了它的使用.在混凝土中掺加碳纤维能提高混凝土的的导电导热性能、耐磨性等,可为道面除冰提供一种新的复合材料.通过掺入不同掺量碳纤维对混凝土进行改性,研究碳纤维混凝土的微波吸热效率、除冰效果及温度空间分布.结果表明,混凝土试件中心点的温度最高,距离中心点位置越远,温度越低;随着碳纤维掺量的逐渐增加,混凝土试件发热效率逐渐增高,碳纤维掺量为2‰时,混凝土试件吸波发热效率最高,与此同时,混凝土试件表面中心点的温度会逐渐增大.     

除雪化冰路面微波敏感涂层材料与设备

为了在寒冷地区进行科学有效、环保经济的道路除雪化冰,弥补现有传统除雪化冰方法存在的缺陷,提出微波除雪化冰涂层技术。基于微波吸收材料的吸波机理与影响因素,优选羟基铁粉(RW)、羟基铁粉(YW1)、四氧化三铁、氧化铝和膨胀石墨作为微波敏感涂层吸波材料,进行微波敏感涂层材料融冰试验;通过对比不同组试验的温度升高值,分析不同涂层材料吸收微波产热并融化厚冰的能力,选用四氧化三铁、RW、膨胀石墨作为涂层材料分别进行涂层试件加热与融冰试验,研究沥青混凝土吸波涂层路面实际吸收微波融雪化冰的能力,在沥青混凝土试件制作涂层后,冻制5cm的厚冰,微波加热下采用升温差值来直观比较涂层材料吸收微波升温能力,综合考虑微波除冰效率、经济成本等因素,提出选用膨胀石墨作为微波敏感涂层材料。此外,进行了除雪化冰微波设备发射频率、功率、磁控管阵列等技术参数研究,在此基础上研发了便携式微波除冰车,并进行了便携式微波除冰车现场涂层微波加热试验。研究结果表明:四氧化三铁、RW、膨胀石墨3种材料吸收微波升温融冰的效果较好,膨胀石墨60s升温差值为40.2℃,四氧化三铁为8.4℃;采用膨胀石墨作为涂层材料与便携式微波除冰车配合应用的除冰效果良好,今后可为大型微波除冰雪设备的研究开发提供依据。     

吸波融冰混凝土路面升温特性变化规律及影响因素

为分析微波融冰速率,优选多种吸波集料及粉料进行性质分析,确定不同材料、结构的混凝土配合比,并成型试件.对所制备的多种吸波道面结构混凝土试件进行微波加热试验,测得混凝土试件表面的温度变化情况,分析得到不同因素对吸波道面混凝土升温特性的影响规律,并提出基于表面升温特性规律的吸波道面结构.结果表明:波导口距离的减小可以一定程...     

橡胶颗粒沥青路面的除冰机理

为分析橡胶颗粒沥青混合料的除冰机理,研究冰的物理力学性质,通过分析橡胶颗粒沥青路面上冰层破坏的断裂力学,提出应变能密度因子准则作为判断冰层破坏的依据;针对不同温度、不同厚度的冰层,分析弹性模量与除冰效果之间的关系,得到不同弹性模量下的路表面最大变形量;研究超载情况下冰层的受力和变形情况以及弹性模量与除冰效果之间的关系;采用车辙仪法进行室内除冰模拟试验.研究结果表明:混合型断裂破坏是冰层破坏的主要形式,表现为复合型裂纹发生失稳扩展,呈一定辐射状分布,在行车荷载反复作用下,区域裂纹充分扩展或者裂纹分布密度达到一定饱和程度,进而引起冰的局部破碎;随着外界温度升高、冰层厚度减少和行车荷载增大,路表最大竖向位移和能够除冰的橡胶颗粒沥青混合料弹性模量逐渐增大,除冰效果越好;室内除冰模拟试验结果与理论分析结果较吻合,证明了理论分析的可靠性.     

微波照射下钢筋混凝土升温特性

为了探究微波照射造成钢筋混凝土结构粘结强度发生变化的原因,通过微波照射钢筋混凝土试块热成像试验和连续升温测定试验,对钢筋与混凝土的升温情况进行分析。试验结果表明:钢筋和混凝土在微波场中的升温行为表现存在很大差异,混凝土由于主动吸收微波,升温速度快,钢筋通过周围混凝土的热传递被动升温,速度相对较慢;钢筋和混凝土粘结面以及混凝土内部吸波性能强的粗骨料和砂浆体之间会形成一定的温度梯度,且温度梯度随微波功率的提高而增大,这是造成钢筋混凝土发生粘结强度损伤的主要原因。对于微波照射下钢筋混凝土结构升温特性的研究,可以为微波辅助机械破碎钢筋混凝土工艺的应用提供理论基础和参考价值。     

微波照射下钢筋混凝土升温特性分析

为了探究微波照射造成钢筋混凝土结构粘结强度发生变化的原因,通过微波照射钢筋混凝土试块热成像试验和连续升温测定试验,对钢筋与混凝土的升温情况进行分析。试验结果表明：钢筋和混凝土在微波场中的升温行为表现存在很大差异,混凝土由于主动吸收微波,升温速度快,钢筋通过周围混凝土的热传递被动升温,速度相对较慢;钢筋和混凝土粘结面以及混凝土内部吸波性能强的粗骨料和砂浆体之间会形成一定的温度梯度,且温度梯度随微波功率的提高而增大,这是造成钢筋混凝土发生粘结强度损伤的主要原因。对于微波照射下钢筋混凝土结构升温特性的研究,可以为微波辅助机械破碎钢筋混凝土工艺的应用提供理论基础和参考价值。     

玄武岩纤维机场道面混凝土抗冻性试验研究

针对当前机场道面混凝土遭受冻融循环破坏而出现的耐久性问题,试验采用纤维增强混凝土技术。将两种规格的玄武岩纤维按0.1%的体积掺量掺入机场道面混凝土,进行了冻融循环试验;以及冻融前后动弹模量,质量损失和混凝土表面状态的对比分析。结果表明:掺玄武岩纤维的机场道面混凝土可明显提高抗冻性,抗冻等级提高了2.7~3.3倍。长度20 mm直径20μm体积掺量0.10%的玄武岩纤维道面混凝土抗冻性能最佳。     

碳化硅混凝土微波加热效率及抗冻性

通过微波加热试验、冻融循环试验、SEM试验及MIP试验,对碳化硅混凝土的微波加热效率、抗冻性及冻融循环前后的微观结构进行研究。结果表明：掺加碳化硅能够提高混凝土的微波加热效率和抗冻性。随着碳化硅掺量的增加,混凝土的温升速率逐渐增大,微波加热效率提高,有效除冰范围增大。当碳化硅掺量为10%时,混凝土相对动弹性模量最大,质量损失率最小,抗冻性最佳。掺加碳化硅使混凝土内部孔隙增大,冻融循环使混凝土孔隙孔径增大,少害孔以及有害孔增多。     

微波加热含碳碳酸锰矿粉升温机理

利用微波冶金炉对无烟煤和碳酸锰矿粉的混合物料进行加热,研究含碳碳酸锰矿粉在微波场中的升温机理。研究结果表明：含碳碳酸锰矿粉具有优良的微波加热特性和自还原性;在微波加热频率为2．450GHz、碳氧原子摩尔比分别为1．1,1．2和1.3时,微波加热混合物料至1473K的升温速率平均最高达到140．7K／min;不同的加热温度和配碳比下混合物料的介电常数较大,都在5．5左右,而磁导率为1左右,属介电损耗型;微波加热含碳碳酸锰矿粉的升温性能主要取决于含碳碳酸锰矿粉的电磁性能,而电磁性能的改变主要是由物料加热过程中产生的化学反应、晶体结构变化及缺陷状态的改变引起的;配碳比提高,物料吸收微波的能力有所提高;在相同的配碳比下,加热温度升高,吸收微波的能力有所减弱。     

基于高阻表面微波光子晶体的微带天线设计

利用高阻表面具有明显表面波带隙的特性, 研究微波光子晶体高阻表面结构在中心频率为11.75 GHz微带天线中的应用. 高频结构仿真(HFSS)电磁软件建模仿真结果表明, 微带天线增益提高约为0.6 dB, 低背瓣辐射最大降低约为10 dB, 从而提高了天线的性能.     

小型化宽阻带多层宽带频率选择表面研究

介绍了一种叉指电容加载的小型化周期结构的多层频率选择表面设计,提出了工作带通且具有超宽阻带频率特性的叉指电容加载结构的小型化频率选择表面.阐述了分布参数叉指加载的小型化宽阻带带通频率选择表面的组成结构,分析了这种宽阻带带通频率选择表面的机理.对分布参数叉指电容加载结构的周期小型化频率选择表面,采用了等效电路分析法和三维仿真软件进行了分析和仿真设计,仿真结果具有超宽阻带和带通的频率特性;提出的叉指结构分布参数电容加载的频率选择结构单元具有较好的容差性,在0°～60°不同入射角下具有良好的频率稳定性.根据设计的叉指电容加载的小型化频率选择表面制作并测试了频率特性,实测和仿真结果一致性较好,中心频率为2.4 GHz,阻带为3～39.6 GHz,阻带宽度超过中心频率的16倍.整个阻带内的抑制度大于15 dB,其中3～15 GHz内的阻带抑制度大于40 dB,相对带宽为10%,带内插损小于0.5 dB.     

低温下碳纤维混凝土电热效应实验

为研究碳纤维混凝土在低温下导电发热性能,测试低温下碳纤维混凝土的融雪化冰能力以及相互之间的关系,为冬季公路或机场的融雪化冰工程奠定基础。采用模拟的方法进行实验研究,分别研究了低温下碳纤维混凝土的发热规律、3 mm冰层覆盖情况下的融雪能力、外界温度与除冰时间关系、电热功率与除冰时间关系。结果表明:在-25℃情况下,2%碳纤维含量的碳纤维混凝土在36 V交流电压的作用下80 min左右温度达到0℃,且随着时间的推移,温度上升速率不断增加;在3 mm冰层覆盖下,通电80 min时冰层开始融化,120 min时冰层基本融化完,说明在"中雪"情况下,通电120 min就能保证"旧雪"完全融化完毕;随着电热功率的增加,碳纤维导电混凝土的融雪能力也不断增强,根据实验数据可以得出碳纤维导电混凝土的最经济导电功率为500~700 W/m2.低温时,不同温度情况下,随着温度的变化,融雪化冰时间也随之变化,随着温度的"上升",融雪化冰时间几乎成直线下降,外界温度越接近0℃,融雪化冰时间越短。在-5℃情况下,碳纤维混凝土温度上升到0℃只需要46 min.     

一种新型双频带电磁超介质吸波材料

提出并设计了一种新型双频带特性的电磁超介质吸波材料.在微波段9-18 GHz利用自由空问法对材料的电磁特性即:反射系数S_(11)和透射系数S_(21)进行测量.透射系数S_(21)在整个频率范围内小于-15 dB;反射系数S_(11)在9.5 GHz和16.5 GHz附近分别为-16 dB和-12 dB.透射系数和两个频率点的反射系数的实验测量值与仿真结果基本吻合,显示了该材料具有非常强的双频带吸波特性.     

含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性

采用微波加热法避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象. 利用微波冶金炉,针对含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性进行了研究. 结果表明,含碳铬铁矿粉在频率2.450 GHz的微波场中具有良好的升温特性. 在微波加热功率10 kW、含碳铬铁矿粉1 kg的条件下,含碳铬铁矿粉在7 min内温度可升至1 100 ℃,升温速率为157.1 ℃·min-1;而含碳磁铁矿粉在10 min内温度升至1 000 ℃,升温速率仅为100 ℃·min-1. 提高配碳比,可提高含碳铬铁矿粉的升温速率和降低轻烧钙质石灰粉对物料升温速率的影响.     

嵌入频率选择表面的薄层宽带磁性吸波材料研究

介绍一种在两层磁性材料之间嵌入频率选择表面的薄层复合吸波结构的宽带吸收特性.频率选择表面由金属方环阵列和低耗介质板构成,其上层、下层磁性材料为不同电磁参数的羰基铁复合物.不加频率选择表面的传统磁性吸波材料若想在宽带取得良好的吸收效果,需要较大的厚度和面密度,导致其应用范围受限.引入频率选择表面能够增强复合吸波结构的吸收频带,并有效减薄吸波结构的厚度.在阻抗匹配条件下,电磁能量主要通过金属单元的欧姆损耗和底层磁性材料的磁损耗进行吸收.为了验证该复合吸波体的吸波性能,在电磁仿真软件HFSS 15.0上搭建模型,而后根据仿真结果对结构参数不断进行优化.最终的仿真结果表明,复合吸波材料厚度为2 mm,2 GHz处反射率可达-5.5 dB,在3.4 G～9 GHz频段反射率为-10 dB,在9 G～18 GHz频段反射率依旧达到-8 dB以下.而无频率选择表面的复合吸波材料,在同等条件下,虽然峰值吸收率较大,但在12 GHz以上吸波性能快速恶化,难以满足宽带吸波的要求.因此,含频率选择表面的复合吸波体具有吸收频带宽的优势,具有广泛的应用前景.     

机场道面再生混凝土的性能与应用

采用掺加优质粉煤灰和高效外加剂的"双掺"技术,进行机场道面再生混凝土的强度、抗冻性、抗渗性和耐磨性等室内试验研究和现场应用。同时通过道面再生混凝土的微观结构分析,揭示其性能机理。研究结果表明:所配制的道面再生混凝土性能比普通道面混凝土的性能优,满足机场道面要求,抗折强度较普通道面混凝土提高4%~11%;抗冻等级高达F250,较普通道面混凝土提高200%以上,可以满足严寒地区道面混凝土抗冻要求;道面再生混凝土静水压力抗渗等级较普通道面混凝土提高300%以上;道面再生混凝土耐磨性较普通道面混凝土提高18%~36%。现场配制的再生混凝土和易性好,易于铺筑施工,28 d抗折强度达到5.5 MPa以上,质量检验项目全部符合规范及设计要求,应用效果较好。     

碳包覆NiO@Ni纳米复合物微波吸收性能研究

由于微波吸收材料在军事和民间的广泛应用,近年来微波吸收研究受到人们广泛地关注。本文成功合成了具有核壳结构的NiO@Ni@C纳米复合物。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和矢量网络分析仪研究NiO@Ni@C纳米复合物的晶体结构、形貌以及微波吸收性能。结果表明:碳均匀的包覆在磁性纳米颗粒NiO@Ni的表面。在微波频率在1~18 GHz范围内研究了NiO@Ni@C纳米复合物的微波吸收性能。NiO@Ni@C 2/1具有优异的微波吸收性能,微波吸收性能明显好于NiO@Ni@C 1/2和NiO@Ni@C 1/1。在微波频率为6.1 GHz,厚度为3.76 mm时,NiO@Ni@C 2/1的最小RL值可以达到-52.0 d B。在厚度为2.5 mm时,RL值低于-10 d B的吸收频宽为3.2 GHz(微波频率从8.3到11.5 GHz)。