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原文传递真空管道交通系统综合运行能耗的研究

论文题名：	真空管道交通系统综合运行能耗的研究
关键词：	真空管道;交通系统;综合运行能耗;阻塞比;流场分析;有限元体积法
摘要：	随着社会经济的快速发展，ETT系统必将成为今后重要的交通工具，而如何降低ETT系统建设成本、运营成本，提高系统经济速度是真空管道交通系统成功建设的关键因素之一。因此，研究ETT系统运行能耗问题已迫在眉睫。　　本文从阻塞比、列车运行速度和管内压力三个参数入手，采用有限元体积法，根据列车在真空管道内运行的机理，建立热压耦合作用下运行列车的物理模型和数学模型，再对系统流场特点进行详细分析，结果表明：　　（1）列车首尾压差随着列车运行速度提高、阻塞比及系统压力增大而增加，导致列车所受气动阻力增大；　　（2）当阻塞比一定时，随着管内压力减小，当列车运行速度提高时，列车所受压差阻力保持一定，即在ETT系统中，降低系统压力，在系统克服压差阻力损耗的能量相等的情况下，可使列车处于高速运行状态，达到低能耗高速度的目的。　　采用数值模拟的方法，分别计算了当列车速度从100 m/s变化到400 m/s，管内压力分别从1 atm降低至0.05 atm，阻塞比分别为0.18、0.23、0.32、0.46时，得到计算运行能耗所用到的列车首尾压差及列车与周围空气介质的相对速度数据，分析了系统的气动阻力，获得了不同工况时，ETT系统运行能耗随参数的变化规律。　　（1）当系统压力一定时，随着列车运行速度的提升，列车牵引力能耗呈抛物线增长趋势，维持真空度能耗降低；另一方面，随着阻塞比提高，列车牵引力能耗随之增大，但维持真空度能耗却减小。随着列车运行速度的提高，ETT系统运行总能耗先减小后增大，系统总运行能耗出现最小值；而当阻塞比增大，导致系统总运行能耗出现最小值的列车运行速度减小，并且当系统总运行能耗的最小值出现后，随着列车运行速度的提升，系统运行总能耗迅速增加。　　（2）当阻塞比一定时，提高系统压力，列车牵引力能耗将保持线性增长趋势，而维持真空度能耗呈抛物线式降低趋势；与此同时，列车运行速度越快，列车牵引力能耗越大，而维持真空度的能耗越小。当列车运行速度为100 m/s时，随着系统压力的增加，系统总运行能耗呈现负增长趋势；当列车运行速度增加至200 m/s左右时，系统总运行能耗几乎不随系统压力的增加而增加；但随着列车运行速度超过200 m/s后，系统总运行能耗呈正增长趋势。　　（3）当列车运行速度一定时，随着阻塞比增加，牵引力能耗呈抛物线趋势增长，维持真空度能耗逐渐下降，与此同时，系统压力越大，牵引力能耗越大，维持真空度能耗越小。随着阻塞比的增加，总运行能耗呈抛物线趋势增加，系统压力较低时有波谷出现。同时随着系统压力的增加，总能耗曲线的斜率呈变大趋势。　　根据以上研究结论，得到了ETT系统阻塞比、系统压力、列车运行速度等参数对系统总运行能耗影响的关联式。可知阻塞比、系统压力、列车运行速度的增大，牵引力能耗会增大，而维持真空度能耗会减小，因此，要综合考虑ETT系统阻塞比、系统压力、列车运行速度等参数对总运行能耗的影响，以求得最佳能耗运行参数。　　通过对ETT系统与和谐号动车组CRH3两种交通工具总运行能耗的对比，可得随着列车运行速度的增加，两者运行能耗的差距越来越大。当列车运行速度为345 km/h时，在标准大气压力环境下的CRH3动车组总运行能耗相当于ETT系统总运行能耗的5倍之多，即在消耗相同运行能耗的条件下，ETT系统可以以更高的速度运行。
作者：	刘海龙
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	李庆领
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文