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真空管道磁浮交通气动特性的尺度效应

西南交通大学学报 2023年第4期58卷 808-819页

作者：胡啸马天昊王潇飞邓自刚张继旺张卫华张琨彭方进西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031 西南交通大学超高速真空管道磁浮交通研究中心四川成都610031 西南交通大学力学与航空航天学院四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

为了探究管道列车的尺度对波系、尾涡以及气动载荷的影响,基于CFD软件建立三种模型尺度(1∶1,1∶5和1∶10),同时考虑两种悬浮间隙关系(车轨相对间隙不变和绝对悬浮高度不变)的模型;采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)湍流模型和重叠网格... 详细信息

为了探究管道列车的尺度对波系、尾涡以及气动载荷的影响,基于CFD软件建立三种模型尺度(1∶1,1∶5和1∶10),同时考虑两种悬浮间隙关系(车轨相对间隙不变和绝对悬浮高度不变)的模型;采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)湍流模型和重叠网格技术模拟了列车在管道动态运动,并用风洞试验数据验证了数值方法和网格策略的合理性.研究结果表明:列车尺度(雷诺数)增大,车前活塞区域变长,尾流扰动区范围缩短;雷诺数对近尾流区的涡对演化影响较小,但在远尾流区,随着列车尺度减小,涡对脉动变强,涡对强度的差异导致了车后正激波形态的差异;列车表面最大正压值和最大负压值均随着列车尺度增大而增大,悬浮间隙对最大正压值影响较小,但与最大负压值成正相关关系;尺度效应从压差阻力和摩擦阻力两方面共同影响气动阻力,整车摩擦阻力和头、中间车的压差阻力与雷诺数正相关,但是尾车压差阻力受附着激波的强度影响恰恰相反;列车尺度和悬浮高度均对升力影响较大.相对于全尺寸模型,1∶10模型(悬浮高度20 mm)的最大正压值减小3.82%,最大负压值增大3.94%,整车总阻力增大8.64%,头车升力减小101.56%,尾车升力增大15.88%.

关键词：真空管道重叠网格尺度效应悬浮高度气动特性

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真空管道超级列车气动热效应

机械工程学报 2020年第8期56卷 190-199页

作者：周鹏李田张继业张卫华西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

超高速真空管道列车产生的气动热效应不容忽视。根据二维轴对称可压缩N-S方程、Sutherland三方程模型和SST k-ω湍流模型,运用动网格和动态自适应网格两种方法,对车速为1250km/h的超级列车在低压管道中飞行时所产生的流场结构及气动热... 详细信息

超高速真空管道列车产生的气动热效应不容忽视。根据二维轴对称可压缩N-S方程、Sutherland三方程模型和SST k-ω湍流模型,运用动网格和动态自适应网格两种方法,对车速为1250km/h的超级列车在低压管道中飞行时所产生的流场结构及气动热变化规律进行了深入研究。研究结果表明,伴随着弓形激波、正激波、反射激波、菱形激波等激波簇结构的变化,击中车身的激波会引起蒙皮表面产生明显的瞬时温升;列车温度边界层从头车车窗下方开始,沿车身向后逐渐变厚,在尾车车身处达到最大,而后在尾车肩部变薄,接着继续增厚,直到边界层分离;头尾车司机室窗户附近温升最大,且最大温度主要出现在头车司机室窗户;随着列车不断运动,不同车厢的气动力及其周围的温度分布逐渐趋于稳定,达到平衡状态。研究成果为超高速真空管道列车蒙皮结构防热材料设计奠定一定基础。

关键词：真空管道超级列车高速飞行气动热效应激波簇计算流体力学

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真空管道高速列车气动特性分析

机械工程学报 2013年第22期49卷 137-143页

作者：刘加利张继业张卫华西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为研究低压环境下真空管道高速列车的气动特性,建立低压环境下真空管道高速列车空气动力学计算的流体模型、数学模型和数值模型,研究管道压力（1.01×103～1.01×104pa）、阻塞比（0.2～0.7）和列车速度（600～1 000 km/h）对真空管道... 详细信息

为研究低压环境下真空管道高速列车的气动特性,建立低压环境下真空管道高速列车空气动力学计算的流体模型、数学模型和数值模型,研究管道压力（1.01×103～1.01×104pa）、阻塞比（0.2～0.7）和列车速度（600～1 000 km/h）对真空管道高速列车的阻力系数、气动阻力和气动热效应的影响.计算结果表明,在低压（1.01×103～1.01×104pa）环境下,真空管道中的空气流动可以采用连续介质模型描述,真空管道高速列车的绕流流场采用三维可压缩Navier-Stokes方程描述.高速列车的摩擦阻力系数远小于压差阻力系数,压差阻力系数和气动阻力系数基本上与管道压力和列车速度无关,而主要依赖于阻塞比.高速列车的气动阻力与管道压力近似呈线性关系,与列车速度近似成平方关系,且随着阻塞比的增加而增大.列车表面的最大温度基本上与管道压力无关,而主要由列车速度和阻塞比决定.

关键词：真空管道高速列车管道压力阻塞比气动阻力

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真空管道运输系统发展现状及展望

西南交通大学学报 2019年第5期54卷 1063-1072页

作者：邓自刚张勇王博张卫华西南交通大学牵引动力国家重点实验室

作为一种新型交通系统,真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合,理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力.为了促进真空管道运输系统的发展,从基本原理角度,系统论述了真空管道运输系统的可行性及... 详细信息

作为一种新型交通系统,真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合,理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力.为了促进真空管道运输系统的发展,从基本原理角度,系统论述了真空管道运输系统的可行性及车辆、管道、驱动装置等子系统关键构成,指出了其快速、便捷、安全、环保和高效等优势;介绍了国内外真空管道运输系统的研究现状,包括美国ET3、美国Hyperloop、瑞士超高速地铁Swissmetro,以及西南交通大学真空管道高温超导磁悬浮车试验平台,比较分析了各单位在车辆、管道、驱动装置及造价等方面的技术特点和优势;展望了当前发展真空管道运输系统亟需解决的关键问题,并指出车轨作用、高速直线牵引、气动和散热、管道密封以及管道内通信、救援这几个方面是今后需要重点研究的领域.

关键词：真空管道磁悬浮车空气阻力高温超导体铁路运输

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真空管道高速列车气动噪声源特性分析

真空科学与技术学报 2013年第10期33卷 1026-1031页

作者：刘加利张继业张卫华西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为研究真空管道中高速列车的气动噪声源特性，建立低压环境下真空管道高速列车空气动力学计算的流体模型、数学模型和数值模型，以及高速列车偶极子噪声源和四极子噪声源的计算模型，研究管道压力、列车速度和阻塞比对真空管道高速列车... 详细信息

为研究真空管道中高速列车的气动噪声源特性，建立低压环境下真空管道高速列车空气动力学计算的流体模型、数学模型和数值模型，以及高速列车偶极子噪声源和四极子噪声源的计算模型，研究管道压力、列车速度和阻塞比对真空管道高速列车偶极子噪声源和四极子噪声源的影响。计算结果表明，在低压（10^3～10^4Pa）环境下，真空管道中的空气流动可以采用连续介质模型描述。高速列车偶极子噪声源和四极子噪声源均与车速的对数成线性关系，当车速为600km／h时，四极子噪声源较小，偶极子噪声源占据主导地位，随着列车速度的提高，四极子噪声源变得明显，并占据主导地位。降低管道压力和阻塞比可以有效减小高速列车气动噪声源的强度。

关键词：真空管道管道压力阻塞比列车速度偶极子噪声源四极子噪声源

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真空管道高速列车气动阻力及系统参数设计

真空科学与技术学报 2014年第1期34卷 10-15页

作者：刘加利张继业张卫华西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

对真空管道高速列车气动阻力特性和系统参数设计方法进行了深入系统研究，建立低压环境下真空管道高速列车的空气动力学计算模型，研究管道压力、阻塞比和列车速度对列车气动阻力的影响。在此基础上，以明线上运行速度为400km／h的高速... 详细信息

对真空管道高速列车气动阻力特性和系统参数设计方法进行了深入系统研究，建立低压环境下真空管道高速列车的空气动力学计算模型，研究管道压力、阻塞比和列车速度对列车气动阻力的影响。在此基础上，以明线上运行速度为400km／h的高速列车气动阻力为限值，确定出真空管道高速交通系统的最佳管道压力、阻塞比和列车速度关系。研究表明，在低压（1×103—1×104Pa）环境下，真空管道中的空气流动可以采用连续介质模型描述。高速列车的气动阻力系数基本上与管道压力和列车速度无关，主要依赖于阻塞比。高速列车的气动阻力随阻塞比的增加而增大，且与管道压力近似成线性关系，与列车速度近似成平方关系。本文同时给出了真空管道高速交通系统最高经济运行条件下的管道压力、阻塞比和列车速度的计算公式，并由此确定出最佳的管道压力、阻塞比和列车速度关系。

关键词：真空管道高速列车管道压力阻塞比气动阻力参数设计

真空管道磁悬浮列车气动特性及激波效应三维研究

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铁道科学与工程学报 2023年第2期20卷 412-422页

作者：陈雨成秦斌梁习锋中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

近年来,真空管道列车系统以其减阻降噪、高速运行的特点成为高速列车新的研究方向。真空管道列车运行环境复杂多变,对管道内部气动特性及流场结构的研究在真空管道列车的设计和优化中尤为重要。研究基于SST k-ω湍流模型及大涡模拟方法... 详细信息

近年来,真空管道列车系统以其减阻降噪、高速运行的特点成为高速列车新的研究方向。真空管道列车运行环境复杂多变,对管道内部气动特性及流场结构的研究在真空管道列车的设计和优化中尤为重要。研究基于SST k-ω湍流模型及大涡模拟方法,采用三维数值模型对阻塞比为0.15的真空管道磁悬浮列车系统在马赫数为0.490~0.980的来流条件和0.3~0.1 atm的管道压力下进行稳态和非稳态模拟,得到列车周围外部流场的气动特性,详细阐述了列车尾流激波的形成和传播。根据不同来流马赫数和压力条件将流场分为3类典型工况,并沿流动方向将流场分为5个区域分析流场特性。结果表明,随着来流马赫数从0.490增加到0.654,尾车肩部开始出现激波。随着来流马赫数进一步增加至0.817,尾流区域出现斜激波、“X”型激波结构等复杂流动现象,不同来流马赫数条件下跨声速流场中的气流马赫数分布相似,压力系数呈现梯度分布。激波与尾涡、边界层相互干涉与融合,成为尾流流场的主要结构。研究成果可为真空管道列车不同来流速度和不同真空度情况尾流激波抑制以及气动阻力优化设计提供工程指导。

关键词：真空管道高速磁悬浮列车数值模拟激波

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真空管道HTS磁浮列车实验系统环形加速器设计

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真空科学与技术学报 2015年第4期35卷 391-398页

作者：周大进马家庆赵立峰张勇郭建强赵勇磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学超导与新能源研究开发中心成都610031 西南交通大学光电工程研究所成都610031 新南威尔士大学材料科学与工程学院

在真空管道高温超导磁浮实验系统中,采用圆环形单边长初级直线感应电机驱动磁浮列车做高速环形运动,为了提高驱动系统的效率和功率因素,降低系统能耗及电源容量,直线电机采用分段供电技术。本文针对真空管道高温超导磁浮实验系统的高速... 详细信息

在真空管道高温超导磁浮实验系统中,采用圆环形单边长初级直线感应电机驱动磁浮列车做高速环形运动,为了提高驱动系统的效率和功率因素,降低系统能耗及电源容量,直线电机采用分段供电技术。本文针对真空管道高温超导磁浮实验系统的高速运行,分析研究了直线电机分段供电原理及列车的安全运行状况,设计完成了用于真空管道高温超导磁浮实验系统的环形分段供电加速器,并对加速器的响应速度和安全监控功能进行了测试,结果表明该加速器具有较高的响应速度,控制系统能对小车的运行状态做出准确的判断和保护,为真空管道高温超导磁浮交通系统的应用提供设计参考。

关键词：真空管道高温超导磁悬浮列车分段供电直线电机

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真空管道磁浮交通管内波系时空分布特征

空气动力学学报 2022年第6期40卷 146-154页

作者：胡啸邓自刚张银龙张继旺张卫华西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学超高速真空管道磁浮交通研究中心成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

为了避免列车直接起动带来的非物理现象,通过自定义程序和重叠网格技术分别控制列车速度和运动,基于IDDES湍流模型研究高温超导磁浮列车在加速启动阶段和匀速阶段的管内波系形成过程和传播特性,揭示了不对称模型下的波系时空分布特征。... 详细信息

为了避免列车直接起动带来的非物理现象,通过自定义程序和重叠网格技术分别控制列车速度和运动,基于IDDES湍流模型研究高温超导磁浮列车在加速启动阶段和匀速阶段的管内波系形成过程和传播特性,揭示了不对称模型下的波系时空分布特征。结果表明:列车加速向前运动,车前会不断产生压缩波,这一系列压缩波形成一道正激波。在匀速运行阶段,车前空间流场呈现准一维分布特性。尾流区较为复杂,存在着激波、膨胀波、涡对以及它们间的相互作用等复杂流动现象。在考虑悬浮间隙下,尾流区域的波系分布呈现明显的上下不对称性。由于反向旋转涡对的存在,不同高度水平面的尾流流场结构差异较大。在匀速运行阶段,扰动区长度均随着运行时间线性增加。

关键词：真空管道重叠网格波系时空分布涡对