真空管道交通系统综合运行能耗的研究

发布时间：2017-05-06 03:09

  本文关键词：真空管道交通系统综合运行能耗的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【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200m/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CRH 3两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CRH 3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。
【关键词】：ETT系统 列车运行速度 阻塞比 系统压力 运行能耗
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U17
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 符号说明11-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 真空管道交通系统简介12-15
• 1.1.1 真空管道交通系统的提出12-13
• 1.1.2 真空管道交通系统的特点及优势13-15
• 1.1.3 ETT系统运营的可行性15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-18
• 1.3 研究的目的及意义18-19
• 1.3.1 研究的目的18-19
• 1.3.2 研究的意义19
• 1.4 研究内容及研究方法19-21
• 1.4.1 研究内容19-20
• 1.4.2 研究方法20-21
• 2 ETT系统流场特性及运行能耗分析21-40
• 2.1 ETT流场及特征21-22
• 2.2 物理模型及数学模型22-30
• 2.2.1 基本假设22
• 2.2.2 物理模型22-24
• 2.2.3 数学模型24-30
• 2.3 网格划分30-32
• 2.3.1 网格独立性验证30-32
• 2.4 边界条件与初始条件设置32
• 2.4.1 初始条件设置32
• 2.4.2 边界条件设置32
• 2.5 ETT系统流场的基本特征32-36
• 2.5.1 系统内流场的分布32-34
• 2.5.2 列车在管道内气流组织分析34
• 2.5.3 沿管道不同轴线气流流速分析34-36
• 2.6 列车运行能耗的理论分析36-39
• 2.6.1 列车克服阻力消耗的能耗36-38
• 2.6.2 维持管内真空度消耗的能耗38-39
• 2.7 本章小结39-40
• 3 阻塞比及列车运行速度对ETT系统运行能耗影响40-52
• 3.1 不同阻塞比、列车运行速度时压力场与相对速度场的研究40-45
• 3.1.1 ETT系统的压力场40-42
• 3.1.2 列车与周围空气介质相对速度场42-44
• 3.1.3 真空度一定时ETT系统的流场分析44-45
• 3.2 不同阻塞比、运行速度对系统运行的能耗的影响45-50
• 3.2.1 ETT系统运行能耗的分析45-48
• 3.2.2 真空度一定时系统运行能耗的分析48-50
• 3.3 本章小结50-52
• 4 列车运行速度及系统压力对ETT系统运行能耗影响52-64
• 4.1 不同列车运行速度、系统压力时压力场与相对速度场的研究52-57
• 4.1.1 ETT系统的压力场52-54
• 4.1.2 列车与周围空气介质相对速度场54-55
• 4.1.3 阻塞比一定时ETT系统的流场分析55-57
• 4.2 不同列车运行速度、系统压力对系统运行的能耗研究57-62
• 4.2.1 ETT系统运行能耗的分析57-59
• 4.2.2 阻塞比一定时ETT系统运行能耗的分析59-62
• 4.3 本章小结62-64
• 5 系统压力及阻塞比对ETT系统运行能耗影响64-77
• 5.1 不同系统压力、阻塞比时压力场与相对速度场的研究64-68
• 5.1.1 ETT系统的压力场64-65
• 5.1.2 列车与周围空气介质相对速度场65-67
• 5.1.3 列车运行速度一定时ETT系统的流场分析67-68
• 5.2 不同系统压力、阻塞比对系统运行的能耗研究68-73
• 5.2.1 ETT系统运行能耗的分析68-71
• 5.2.2 列车运行速度一定时ETT系统运行能耗的分析71-73
• 5.3 ETT系统运行能耗准则关联式73-75
• 5.3.1 正交试验法73-74
• 5.3.2 数据处理74
• 5.3.3 运行能耗准则关联式74-75
• 5.4 本章小结75-77
• 6 ETT系统与和谐号动车组运行能耗的比较77-81
• 6.1 和谐号动车组运行能耗的计算77-78
• 6.2 ETT系统运行能耗的计算78-79
• 6.3 总运行能耗的对比分析79-80
• 6.4 本章小结80-81
• 7 总结与展望81-84
• 7.1 主要结论及创新点81-83
• 7.1.1 主要结论81-83
• 7.1.2 创新点83
• 7.2 展望83-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文91-92

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本文编号：347612