кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
Цель: разработка электротепловой модели плавления гололедных отложений контактной сети электрифицированной железной дороги при автотрансформаторной системе тягового электроснабжения с учетом неравномерного обледенения и теплофизических свойств многослойной системы «проводник — воздушный зазор — лед — окружающая среда». Методы: при исследовании процесса плавления построена двумерная нестационарная тепловая модель поперечного сечения системы «проводник — воздушный зазор — лед — окружающая среда». Источники тепла определены по закону Джоуля — Ленца при заданном токе нагрева, фазовый переход учтен методом эквивалентной теплоемкости, а внешние теплопотери описаны радиационно-конвективным теплообменом. Численное моделирование температурного поля выполнено методом конечных элементов. Результаты: установлено, что при электротепловом плавлении гололедных отложений формируется неравномерное температурное поле, обусловленное последовательным переносом тепла от проводника к ледяной оболочке через воздушный зазор. Показано, что геометрическая неравномерность обледенения изменяет граничные условия теплообмена и приводит к различию теплового отклика элементов системы, определяя пространственные особенности и кинетику процесса плавления. Практическая значимость: разработанная модель может применяться для анализа тепловых режимов удаления гололеда на проводах контактной сети и оценки энергетических параметров плавильных режимов. Полученные результаты позволяют уточнить физический механизм электротеплового плавления гололедных отложений и могут служить основой для дальнейших исследований процессов противообледенительной защиты контактной сети.
Objective: to develop an electrothermal model for melting ice accretions on the catenary system of an electrified railway under an autotransformer traction power supply system, taking into account non-uniform icing and the thermophysical properties of the multilayer system “conductor — air gap — ice — ambient environment”. Methods: to investigate the melting process, a two-dimensional transient thermal model of the cross-section of the “conductor — air gap — ice — ambient environment” system was developed. Heat sources were defined according to the Joule — Lenz law for a prescribed heating current, phase change was incorporated using the equivalent heat capacity method, and external heat losses were described by radiative-convective heat transfer. Numerical simulation of the temperature field was performed using the finite element method. Results: it was established that electrothermal melting of ice accretions leads to the formation of a non-uniform temperature field caused by sequential heat transfer from the conductor to the ice layer through the air gap. It was shown that geometric non-uniformity of icing modifies the heat-transfer boundary conditions and causes differences in the thermal response of the system elements, thereby determining the spatial characteristics and kinetics of the melting process. Practical significance: the developed model can be used to analyze thermal regimes for de-icing overhead wires and to evaluate the energy parameters of melting processes. The results obtained allow us to clarify the physical mechanism of electrothermal melting of ice deposits and can serve as a basis for further research into overhead wire de-icing processes.