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真空管道交通系统热压耦合的气动特性研究
| 论文题名： | 真空管道交通系统热压耦合的气动特性研究 |
| 关键词： | 真空管道交通系统;热压耦合;气动特性;热经济性 |
| 摘要： | 随着经济的不断发展，真空管道交通系统将会成为今后生活的重要工具。目前的工作主要集中在低马赫数下气动阻力场的研究。由于真空管道交通系统是在一个有限空间内超高速状态下运行，列车与系统内空气介质之间产生剧烈摩擦同时也会产生大量的气动热，且气动热与气动压力之间相互耦合，这些热量的生成和扩散不仅影响系统内设备的使用寿命，而且严重威胁系统的安全快速高效运营。 本文从阻塞比、列车速度和管内压力三个参数入手，利用理论分析和数值计算相结合的方法，综合考虑系统的热压耦合作用，建立在热压耦合作用下的高速直线运动列车的物理模型和数学模型，出于对系统安全运营，旅客舒适度、运行效率、建设成本和运营成本等诸多因素的考虑，对真空管道交通系统超音速运行时热压耦合下的气动特性问题进行了研究，并对该系统的热经济性进行了初步探讨，为真空管道交通系统快速、经济、安全运行提供依据。 本文以传热学和流体力学理论为基础，建立了三维、可压缩、粘性、不定常非稳态模型。采用有限元体积法，利用Fluent软件对所建模型进行模拟。数值模拟了车速为400m/s、450m/s、500m/s，管内压力为1atm、0.1atm、0.5atm条件下，阻塞比分别为0.18、0.23、0.32时系统所产生的压力场及温度场，重点分析了压力场和温度场随阻塞比、管内压力和速度的变化规律。研究表明:在列车速度和管内压力一定时，压差阻力随阻塞比呈线性增加，系统的气动热则呈抛物线式递增;在列车速度和阻塞比一定时，随着管内压力的不断增大，压差阻力呈线性增大。在管内压力较小时，所受到的压差阻力明显较低，列车维持一定的速度运行，在真空管道交通系统中所受到的牵引力明显较低，运行更经济，系统最高温度随管内压力的降低出现一定幅度的增大;在管内压力和阻塞比一定时，压差阻力随着列车速度的增大趋势近似抛物线式，并且与速度的二次方成正比，系统的最高温度呈线性增大。选择最佳阻塞比时，必须同时考虑到管道建设的经济性与系统的能耗，而建立真空管道交通系统时，不能盲目地降低管内压力，应结合温压关系选择合适的管内压力。 基于热经济学理论，对该系统运行的热经济性进行了计算分析。主要考虑了气动阻力和维持真空两方面的能耗。通过对模拟出的数据进行分析得出在敞开的大气环境中运行的列车其能耗量相当于真空管道交通系统的2倍，意味着相同的能耗下，真空管道交通系统的速度远大于大气环境中运行的列车的速度。 |
| 作者： | 段瑞响 |
| 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： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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