移动式感应加热道岔融雪系统磁—热场数值模拟

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随着中国高铁建设的蓬勃发展,在高速度、高密度和高安全性的要求下,铁路运输对铁路信号及其辅助系统的功能和要求也越来越高。深冬时节冰雪使道岔无法正常转换,铁路运输的安全直接受到道岔密贴情况的影响。目前传统的道岔融雪系统热效率较低,能量消耗较大,安装过程较复杂,因此急需提出一种新型道岔融雪系统。本文对移动式感应加热融雪系统进行研究,在电磁感应作用下,钢轨表面产生涡流直接加热钢轨,并且移动的线圈布置在基本轨外侧,它既不破坏钢轨结构性能,又不会对尖轨的转换造成影响,解决了现有电阻加热融雪系统加热速度慢、浪费能源等问题。根据感应加热原理,实现了对钢轨感应加热过程磁-热场的数值模拟,运用通用有限元软件ANSYS的耦合计算,对实际的钢轨感应加热过程进行了仿真。本文建立了钢轨感应加热问题磁-热场的数学模型,并与电阻加热融雪方式进行对比分析。利用所建模型,研究得到在其它参数不变的情况下,电流密度增大会使温升率提高,加热时间缩短,轨腰左右侧面温度差变大,但对感应涡流透入深度影响较小。在电流密度为定值的情况下,研究得到提高电流频率可以提高磁场强度和温升率,涡流感应深度变小,温差逐渐增大,轨腰左侧面达到要求温度的时间先减小后增大。接着研究空气隙变化时,分别对焦耳热、电磁场及温度场分布的影响。最后分析线圈间距变化时对温度分布的影响,得出在确定电流密度和频率的情况下需合理调整线圈间距的大小。本文通过数值模拟,分析了感应加热的电热特性,为实际融雪过程中如何精确控制输入功率、加热时间、合理优化设备结构及操作参数,使之在满足加热温度及各项性能要求的基础上,有效地提高加热效率、降低电耗提供参考。
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