Математическое моделирование диэлектрического нагрева двухслойного деформационного шва жесткого аэродромного покрытия
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-106-116Ключевые слова:
СВЧ-нагрев, деформационный шов, электромагнитное поле, температура, математическое моделированиеАннотация
Известно, что в практике дорожного строительства и ремонта существуют методы, основанные на свойствах самовосстановления асфальтобетонной смеси. Механизм самовосстановления до конца не изучен, но считается, что он обусловлен наличием в составе смеси битума. При достижении температуры текучести битума происходит заплывание мелких дефектов в объеме материала и на его поверхности. Данный эффект положен в основу запатентованного способа профилактической обработки деформационных швов жестких аэродромных и дорожных покрытий, верхний слой которых заполняется либо обычным битумом, либо композитом на его основе. Выполнены экспериментальные исследования, подтверждающие возможность практически непрерывной эксплуатации покрытий при реализации данного способа с использованием СВЧ-установки и показавшие необходимость исследования режимных параметров. Специфические свойства объекта исследования не позволяют применять для этих целей непосредственно результаты многочисленных работ, посвященных изучению закономерностей диэлектрического нагрева материалов в различных условиях.
Цель настоящей работы — прогнозирование результатов СВЧ-воздействия на цементно-бетонное покрытие с двухслойным деформационным швом. Для обоснования наиболее эффективных и безопасных технологических режимов СВЧ-нагрева герметика в двухслойном деформационном шве взят метод математического моделирования. Представлены результаты численного исследования развития температурного поля в двухслойном деформационном шве и окружающих цементно-бетонных плитах при диэлектрическом нагреве с применением мобильной системы из нескольких волноводов. Математическая модель СВЧ-нагрева двухслойного деформационного шва жесткого аэродромного покрытия может быть использована для проектирования эффективных технологических режимов интенсивной термообработки деформационных швов.
Библиографические ссылки
1. Диденко А.Н. СВЧ-энергетика: теория и практика. М.: Наука, 2003.
2. Qiu J. e. a. Evaluating Self Healing Capability of Bituminous Mastics // Experimental Mechanics. 2012. V. 52. Pp. 1163—1171.
3. Поляков Д.Н. Сверхвысокочастотный нагрев асфальтобетонных покрытий // Наука и техника в дорожной отрасли. 1997. № 2. С. 28—29.
4. Maliszewski M. e. a. Full-scale Use of Microwave Heating in Construction of Longitudinal Joints and Crack Healing in Asphalt Pavements // Materials (Basel). 2021. V. 14(18). P. 5159.
5. Пат. № 2021134425 РФ. Способ обработки и восстановления рабочих свойств швов жёстких аэродромных и дорожных покрытий / Недоносков А.Б., Внуков А.Н., Дорняк О.Р., Санникова С.М., Макогон В.К. // Бюл. изобрет. 2022. № 31.
6. Саитов Р.И. и др. Математическая модель процесса электромагнитного нагрева многофазного многокомпонентного пласта тяжелой нефти // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2018. Т. 29. № 4(92). С. 73—79.
7. Резник С.В., Румянцев С.А. Математическое моделирование температурного состояния цилиндрических заготовок из полимерных композиционных материалов при СВЧ-нагреве // Наука и образование. 2014. № 1. С. 6—21.
8. Захаров В.В., Янкин С.С., Тригорлый С.В. Численное моделирование процессов СВЧ термообработки диэлектриков большой площади с применением СВЧ-установок методического действия // Вопросы электротехнологии. 2018. № 3(20). С. 36—41.
9. Сысоев С.М., Алексеев М.М. Численное моделирование нагрева нефтесодержащего пласта сверхвысокочастотным электромагнитным излучением // Вестник кибернетики. 2019. № 4(36). С. 6—16.
10. Гринчик Н.Н. и др. Моделирование неизотермического тепло- и влагопереноса в капиллярно-пористых средах при периодическом микроволновом нагреве // Инженерно-физический журнал. 2007. Т. 80(1). С. 3—11.
11. Дорняк О.Р., Недоносков А.Б. Теплоперенос в трехслойной системе деформационного шва при СВЧ-нагреве // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15(8). С. 364—373.
12. Дорняк О.Р., Недоносков А.Б. Моделирование режимов СВЧ-обработки деформационных швов // Промышленные процессы и технологии. 2024. Т. 4. № 1(11). С. 99—111.
13. Дорняк О.Р., Недоносков А.Б., Шабунина З.А. Моделирование процессов нагрева трехслойного заполнителя деформационного шва в электромагнитном поле СВЧ диапазона // Инженерно-физический журнал. 2024. Т. 97. № 7. С. 1697—1703.
14. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1992.
15. Гринчик Н.Н., Бойправ О.В. Электродинамические и электрохимические процессы в неоднородных средах. Минск: Изд-во БГУ, 2022.
16. Лыков А.В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1978.
17. Юдина В.О., Захаров В.В., Тригорлый С.В., Архангельский Ю.С. СВЧ термообработка диэлектриков с большими поверхностями в методическом режиме // Вопросы электротехнологии. 2019. № 3(24). С. 6—13.
18. Винниченко А.А., Зайцев Н.А. Прозрачные граничные условия для волнового уравнения в квадратной области // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2009. № 80.
19. Софронов И.Л. Условия полной прозрачности для волнового уравнения // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 1993. № 76.
20. Karumudi R., Semagina N., Lange C. Thermal Kinetics Analysis in Microwave-assisted Oil Sands Separation // Canadian J. Chem. Eng. 2016. V. 95(1). Pp. 127—135.
21. Ермолаев Д.В., Мингалеева Г.Р. Определение теплофизических и реологических характеристик природного битума при подготовке к газификации // Вестник технологического ун-та. 2016. Т. 19(4). С. 63—67.
22. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Л.: Энергоатомиздат, 1985.
23. Абиев Р.Ш. и др. Электродные процессы. Химическая кинетика и диффузия. Коллоидная химия Т. 5. // Новый справочник химика и технолога. СПб.: Мир и семья: профессионал, 2004.
24. Беляева Т.А. и др. Влияние гранулометрического состава, гумуса и зольных загрязнений на излучательные и диэлектрические характеристики почв в микроволновом диапазоне // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Т. 1. № 1. С. 333—339.
25. Макеева Т.Г., Егоров Ю.М. Диэлектрические свойства композитных материалов на основе цемента разного генезиса // Естественные и технические науки. 2013. № 6. С. 64—72.
26. Бернацкий А.Ф. Электроизоляционный бетон (технология, свойства, конструкции). Новосибирск: Новосибирский гос. ун-т архитектуры, дизайна и искусств, 2016.
---
Для цитирования: Дорняк О.Р., Недоносков А.Б. Математическое моделирование диэлектрического нагрева двухслойного деформационного шва жесткого аэродромного покрытия // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 106—00. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-106-116
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Didenko A.N. SVCh-energetika: Teoriya i Praktika. M.: Nauka, 2003. (in Russian).
2. Qiu J. e. a. Evaluating Self Healing Capability of Bituminous Mastics. Experimental Mechanics. 2012;52:1163—1171.
3. Polyakov D.N. Sverkhvysokochastotnyy Nagrev Asfal'tobetonnykh Pokrytiy. Nauka i Tekhnika v Dorozhnoy Otrasli. 1997;2:28—29. (in Russian).
4. Maliszewski M. e. a. Full-scale Use of Microwave Heating in Construction of Longitudinal Joints and Crack Healing in Asphalt Pavements. Materials (Basel). 2021;14(18):5159.
5. Pat. №. 2021134425 RF. Sposob Obrabotki I Vosstanovleniya Rabochikh Svoystv Shvov Zhestkikh Aerodromnykh i Dorozhnykh Pokrytiy. Nedonoskov A.B., Vnukov A.N., Dornyak O.R., Sannikova S.M., Makogon V.K. Byul. Izobret. 2022;31. (in Russian).
6. Saitov R.I. i dr. Matematicheskaya Model' Protsessa Elektromagnitnogo Nagreva Mnogofaznogo Mnogokomponentnogo Plasta Tyazheloy Nefti. Vestnik Akademii Nauk Respubliki Bashkortostan. 2018;29;4(92):73—79. (in Russian).
7. Reznik S.V., Rumyantsev S.A. Matematicheskoe Modelirovanie Temperaturnogo Sostoyaniya Tsilindricheskikh Zagotovok iz Polimernykh Kompozitsionnykh Materialov pri SVCh-Nagreve. Nauka i Obrazovanie. 2014;1:6—21. (in Russian).
8. Zakharov V.V., Yankin S.S., Trigorlyy S.V. Chislennoe Modelirovanie Protsessov SVCh Termoobrabotki Dielektrikov Bol'shoy Ploshchadi s Primeneniem SVCh-Ustanovok Metodicheskogo Deystviya. Voprosy Elektrotekhnologii. 2018;3(20):36—41. (in Russian).
9. Sysoev S.M., Alekseev M.M. Chislennoe Modelirovanie Nagreva Neftesoderzhashchego Plasta Sverkhvysokochastotnym Elektromagnitnym Izlucheniem. Vestnik Kibernetiki. 2019;4(36):6—16. (in Russian).
10. Grinchik N.N. i dr. Modelirovanie Neizotermicheskogo Teplo- i Vlagoperenosa v Kapillyarno-Poristykh Sredakh pri Periodicheskom Mikrovolnovom Nagreve. Inzhenerno-fizicheskiy Zhurnal. 2007;80(1):3—11. (in Russian).
11. Dornyak O.R., Nedonoskov A.B. Teploperenos v Trekhsloynoy Sisteme Deformatsionnogo Shva pri SVCh-Nagreve. Teplovye Protsessy v Tekhnike. 2023;15(8):364—373. (in Russian).
12. Dornyak O.R., Nedonoskov A.B. Modelirovanie Rezhimov SVCh-obrabotki Deformatsionnykh Shvov. Promyshlennye Protsessy i Tekhnologii. 2024;4;1(11):99—111. (in Russian).
13. Dornyak O.R., Nedonoskov A.B., Shabunina Z.A. Modelirovanie Protsessov Nagreva Trekhsloynogo Zapolnitelya Deformatsionnogo Shva v Elektromagnitnom Pole SVCh Diapazona. Inzhenerno-fizicheskiy Zhurnal. 2024;97;7:1697—1703. (in Russian).
14. Baskakov S.I. Elektrodinamika i Rasprostranenie Radiovoln. M.: Vysshaya shkola, 1992. (in Russian).
15. Grinchik N.N., Boyprav O.V. Elektrodinamicheskie i Elektrokhimicheskie Protsessy v Neodnorodnykh Sredakh. Minsk: Izd-vo BGU, 2022. (in Russian).
16. Lykov A.V. Teplomassoobmen. M.: Energiya, 1978. (in Russian).
17. Yudina V.O., Zakharov V.V., Trigorlyy S.V., Arkhangel'skiy Yu.S. SVCh Termoobrabotka Dielektrikov s Bol'shimi Poverkhnostyami v Metodicheskom Rezhime. Voprosy Elektrotekhnologii. 2019;3(24):6—13. (in Russian).
18. Vinnichenko A.A., Zaytsev N.A. Prozrachnye Granichnye Usloviya dlya Volnovogo Uravneniya v Kvadratnoy Oblasti. Preprinty IPM im. M.V. Keldysha RAN. 2009;80. (in Russian).
19. Sofronov I.L. Usloviya Polnoy Prozrachnosti dlya Volnovogo Uravneniya. Preprinty IPM im. M.V. Keldysha RAN. 1993;76. (in Russian).
20. Karumudi R., Semagina N., Lange C. Thermal Kinetics Analysis in Microwave-assisted Oil Sands Separation. Canadian J. Chem. Eng. 2016;95(1):127—135.
21. Ermolaev D.V., Mingaleeva G.R. Opredelenie Teplofizicheskikh i Reologicheskikh Kharakteristik Prirodnogo Bituma pri Podgotovke k Gazifikatsii. Vestnik Tekhnologicheskogo Un-ta. 2016;19(4):63—67. (in Russian).
22. Bogoroditskiy N.P., Pasynkov V.V., Tareev B.M. Elektrotekhnicheskie Materialy. L.: Energoatomizdat, 1985. (in Russian).
23. Abiev R.Sh. i dr. Elektrodnye Protsessy. Khimicheskaya Kinetika i Diffuziya. Kolloidnaya Khimiya T. 5. Novyy Spravochnik Khimika i Tekhnologa. Spb.: Mir i Sem'ya: Professional, 2004. (in Russian).
24. Belyaeva T.A. i dr. Vliyanie Granulometricheskogo Sostava, Gumusa i Zol'nykh Zagryazneniy na Izluchatel'nye i Dielektricheskie Kharakteristiki Pochv v Mikrovolnovom Diapazone. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2004;1;1:333—339. (in Russian).
25. Makeeva T.G., Egorov Yu.M. Dielektricheskie Svoystva Kompozitnykh Materialov na Osnove Tsementa Raznogo Genezisa. Estestvennye i Tekhnicheskie Nauki. 2013;6:64—72. (in Russian).
26. Bernatskiy A.F. Elektroizolyatsionnyy Beton (Tekhnologiya, Svoystva, Konstruktsii). Novosibirsk: Novosibirskiy Gos. Un-t Arkhitektury, Dizayna i Iskusstv, 2016. (in Russian)
---
For citation: Dornyak O.R., Nedonoskov A.B. Mathematical Modeling of Dielectric Heating of an Airfield Rigid Pavement Two-layer Expansion Joint. Bulletin of MPEI. 2025;6:106—116. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-106-116
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
