最“抗冻”高铁的温暖密码

2022-03-01史金阳

知识就是力量 2022年2期

关键词：关键部位抗冻供图

史金阳

在温暖的车厢里看着车外呼啸的风雪，远足的旅人们踏上了回家的归程。纵然车外是零下三四十摄氏度的低温，牡佳高铁列车内依旧保持着22摄氏度的温暖。

除了静态的除冰方法，该列车还采用了动态除冰的模式，即采用“基础制动防冻结功能”，在停车期间，制动闸片在“抱紧”与“松开”两个状态中来回切换，使得冰雪无法在闸片上长时间累积，从而减少冰雪对于制动装置的影响（图片来源/中国气象供图/简菊芳）

在寒冷中前行，自然是少不了裹挟风雪。该列车采用了从静到动的组合方式，去除那些影响安全的凝冰与积雪。

钢铁是铁与碳、硅、锰、磷、硫以及少量的其他元素所组成的合金

在寒冬中，我们时常可以看到铁栅栏上有一层薄薄的凝冰。这种凝冰并不影响我们的日常生活，但是在高速行驶的列车上，它们就成了安全隐患。为了避免关键部位因为表面结冰导致功能下降或丧失，这些关键部位的表面涂有中国自主研发的疏水涂层。由于水分子很难与疏水涂层表面的疏水基结合，从而使得水分子不能吸附在疏水涂层的表面。这就像我们日常生活中看到的水油分层一样，水很难与油融合在一起，而出现分层现象，两者不会产生明显的连接。这样就可以有效阻遏水分子在关键部位积累凝结，从而减少甚至消除列车表面结冰的现象，保证列车关键部位功能正常、安全可靠。

牡佳高鐵列车采用抗低温材料的部件（图片来源/中国气象供图/简菊芳）

我们在旅途中总是免不了用水，低温环境下，水在管道中结冰是一种非常常见的现象。为了保证管道的通畅，牡佳高铁列车在车内设置了水箱的加热系统，确保水箱中的水能够保持在零摄氏度以上，从而避免出现管道内部结冰堵塞的现象（图片来源/中国气象供图/简菊芳）

冬季，运行在中国高纬度的寒冷地区，这对列车的性能提出了更高的要求。在寒冷条件下，各种材料的力学性能会发生一定变化。比如钢铁等金属在低温条件下，内部分子排布会发生细微变化，导致其脆性明显上升，弹性、冲击韧性等力学性能下降，使其在外力作用下更容易发生断裂。显然，这种现象可能增加列车在高速行驶下的不安全因素。为了避免或减轻这种现象的影响，牡佳高铁列车选用了更为耐低温的合金材料，以确保列车运行过程中的安全性。

牡佳高铁列车中使用的硅胶材质密封胶条（图片来源/中国气象供图/简菊芳）

另外，在寒冷条件下，空气中的水蒸气遇到低温物体会在其表面凝结成水滴。对于电路而言，冷凝水可能渗入列车的各种线路中，极易造成短路等危险状况。因此，牡佳高铁列车对关键部件进行了密封处理，有效阻止了冷凝水渗透，避免各个关键部位发生短路。

在寒冷环境中，人体与环境的温度差异越大，耗散热量的速度也就越快。人体总要保持体温恒定，而环境温度由季节决定，所以我们无法改变外部环境与内部环境的温度差异。我们只能通过改变导热系数，使热量以较小的速度耗散到环境中。因此，我们在寒冷的冬季会穿上厚厚的羽绒服，避免自己的皮肤接触外部的冷空气。那么，如果希望高铁列车保持相对温暖，我们也需要给高铁列车“穿”上一层“棉衣”。

这里需要提到决定物体温度变化的两个重要条件——温度差与导热系数。而季节和风是影响温度差与导热系数的两个重要因素。对流可以提高导热系数，使得热量更快地从高温物体流向低温物体。例如，在同样的温度下，有风与无风时，人体感受到的温度是不一样的。这是由于流动的空气快速带走了人体表面已经被我们加热的相对温暖的空气，使得冷空气流动到我们的身体表面，这就导致人体表面与环境的温度梯度时刻保持在一个较大数值上，从而使我们的热量以较快的速度流失。

因此，有效防止热对流的产生就可以保持导热系数在一个较低的状态。那么，如何降低高铁列车外层的导热系数呢？牡佳高铁列车在多处采用了具有良好密封性、耐低温的硅胶材质密封胶条，从而保证了冷空气与列车内部各种构件的隔离，确保各种部件温度保持在一个合理区间，并且有效阻止冷凝水渗入，避免结冰对部件功能造成影响，从而提高了列车的稳定性。