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阻塞比对真空管道交通系统气动生热及传热的影响
| 论文题名： | 阻塞比对真空管道交通系统气动生热及传热的影响 |
| 关键词： | 列车运行;真空管道交通;阻塞比;气动热;数值仿真 |
| 摘要： | 随着列车运行速度的提高，列车与周围空气间摩擦作用加剧。在正常大气压环境中，当列车速度超过400km/h时，空气阻力占到总阻力的80％以上。这应当认为是相当不经济的，同时也严重阻碍了列车运行速度的进一步提高。于是，人们便提出了真空管道交通系统这一设想。尽管真空管道交通系统相关研究工作已经逐步展开，但目前的工作仅局限于内部压力场研究，并未涉及系统内部列车高速运行时车体与周围介质剧烈摩擦而引起的一系列气动热(Aerodynamic heating)问题，以及随气动热而来的一系列热力学问题。这些气动热的产生和传播不仅会影响到系统的高速高效运行，更会直接影响系统的安全运营。 本文以真空管道交通系统内部气动生热及传热为研究对象，利用Ansysworkbench13.0仿真软件，基于粘性流体的Navier-Stokes方程和k-ε双方程湍流模型，首次在三维可压缩条件下建立真空管道交通系统三维物理模型及数学模型，分别对稳态下以及列车匀速运行一小时，不同阻塞比条件下的真空管道系统运行进行数值仿真，并对仿真结果进行了分析。 本文主要对真空管道内不同管内压力（0.1 atm、0.5atm）下，高速列车以不同速度(150m/s、200 m/s)运行时，不同阻塞比(0.18、0.23、0.32、0.46)条件下的速度场、压力场及温度场进行了模拟仿真，重点探析了列车在真空管道中高速运行时产生的气动热问题，深入研究了气动热受阻塞比影响下的系统温度场变化规律。对比仿真结果得出:列车速度和系统管道内压力一定的条件下，在压力场中，随着阻塞比的增大，车头端部高压点压力逐渐增大，但增幅逐渐减小;涡街区域压力逐渐减小，且有加速减小趋势;列车首尾两端压差整体上呈线性递增趋势;在温度场中，阻塞比越大，系统所产生的气动热越多，其增长趋势随阻塞比呈单调递增抛物线式增长。系统气动热随列车运行时间呈增幅逐渐减小的单调递增抛物线规律变化，列车运行时间较短时，气动热随时间的增大急剧增大，随着列车运行时间的增加，增幅逐渐减小，直至无限趋近于某一温度值。 |
| 作者： | 董晨光 |
| 专业： | 动力工程 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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