微波路面除冰设备加热均匀性的研究

摘要

在寒冷地区的冬季，降雪较多，路面上往往覆盖有积冰，导致其摩擦系数的降低，从而使车辆行驶和制动困难，容易诱发更多的交通事故，给人民生活和国民经济带来重大损失。快速有效的清除路面冰层，尤其是桥梁、高速公路、机场等重要的公共基础设施的除冰，一直是地处高纬度国家比较关注的问题。
　　 在路面除冰中引入微波，利用冰相对介电常数和损耗角正切较小，因此冰层吸收微波的能力较弱，对于微波的入射是“透明”的。微波加热可以透过冰层直接加热路面，削弱路面与冰层之间的结合力，再辅以机械，达到快速除冰的目的。
　　 本文概述了微波加热除冰和其他除冰方法的优缺点和发展趋势，并以2.45GHz磁控管为基础制作了开放式小型微波路面加热设备。根据微波除冰三维电磁方程建立磁控管加热模型，重点研究了微波路面加热设备的加热的均匀性，通过高频结构仿真器HFSS仿真计算加热材质的电场分布，调节磁控管管壁下端到样品板的距离以及磁控管之间的中心距离，得到在磁控管管壁离样品板为70mm，管间距为180mm的时候，加热均匀性和强度达到较好的平衡。实验结果与仿真结果较为一致，并以此距离在不同的材质上进行除冰实验，达到较好的效果。
　　 为了改善微波路面加热设备的均匀性和效率，设计制作一种具有金属层和介质层复合的超颖材料结构，以人工结构干扰微波能量的传输，改变微波加热的穿透深度，实现对特定距离的快速、均匀的加热。通过实验研究了超颖材料结构对微波加热的相对效率和微波场分布的均匀性的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1背景及意义

1.1.1路面除冰方法分类

1.1.2微波除冰的提出

1.2微波路面除冰研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文研究内容

第二章微波加热除冰理论基础及仿真软件介绍

2.1微波加热理论基础

2.1.1微波加热原理

2.1.2微波加热的特点

2.2微波除冰理论依据

2.2.1路面冰雪分类

2.2.2微波除冰的原理及优势

2.2.3微波除冰的三维电磁场方程

2.3三维电磁场仿真软件-HFSS

2.3.1 HFSS简介

2.3.2 HFSS的理论基础

2.3.3 HFSS流程

第三章微波除冰设备加热均匀性的仿真及实验研究

3.1仿真模型的建立

3.2磁控管加热均匀性的仿真及实验

3.2.1单个磁控管的加热仿真与实验

3.2.2两个磁控管的加热仿真与实验

3.2.3三个磁控管的加热仿真及实验

3.3微波加热除冰试验

3.4本章小结

第四章超颖材料对微波加热的影响

4.1超颖材料的设计

4.2超颖材料对微波加热的效率影响

4.3超颖材料对微波加热的均匀性的影响

第五章结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果