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低真空管道超高速磁浮列车气动问题系统配置初探

陈大伟 刘加利 姚拴宝 王维斌

陈大伟, 刘加利, 姚拴宝, 等. 低真空管道超高速磁浮列车气动问题系统配置初探[J]. 实验流体力学, 2023, 37(3): 19-26 doi: 10.11729/syltlx20220136
引用本文: 陈大伟, 刘加利, 姚拴宝, 等. 低真空管道超高速磁浮列车气动问题系统配置初探[J]. 实验流体力学, 2023, 37(3): 19-26 doi: 10.11729/syltlx20220136
CHEN D W, LIU J L, YAO S B, et al. Preliminary study on system configuration of ultra high-speed maglev train aerodynamic problem in the low vacuum tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(3): 19-26 doi: 10.11729/syltlx20220136
Citation: CHEN D W, LIU J L, YAO S B, et al. Preliminary study on system configuration of ultra high-speed maglev train aerodynamic problem in the low vacuum tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(3): 19-26 doi: 10.11729/syltlx20220136

低真空管道超高速磁浮列车气动问题系统配置初探

doi: 10.11729/syltlx20220136
详细信息
    作者简介:

    陈大伟:(1982—),男,山东济南人,博士,教授级高级工程师。研究方向:列车空气动力学,车辆系统工程。通信地址:山东省青岛市城阳区锦宏东路88号国家工程技术研究中心113室(266111)。E-mail:chendawei.sf@crrcgc.cc

    通讯作者:

    E-mail:chendawei.sf@crrcgc. cc

  • 中图分类号: U237;U270

Preliminary study on system configuration of ultra high-speed maglev train aerodynamic problem in the low vacuum tube

  • 摘要: 低真空管道超高速磁浮系统是将低真空管道和高速磁浮技术结合的新型超高速地面交通系统,可有效降低列车超高速运行时的气动阻力及气动噪声,实现800~1000 km/h甚至1000 km/h以上的运行速度。本文探讨了低真空管道超高速磁浮列车空气动力学数值模拟方法,研究了管道压力、管道面积、列车速度对低真空管道超高速磁浮列车气动阻力、气动升力、气动噪声源、管道交会压力波、发热设备温度等空气动力学性能的影响规律,并针对低真空管道超高速磁浮系统典型场景进行了初步工程化探讨。研究表明:当列车速度为600 km/h时,管道常压–管道面积100 m2和管道压力0.3 atm–管道面积40 m2的配置具备工程可行性;而管道压力0.3 atm–管道面积100 m2下的设备散热存在问题,工程可行性存在一定挑战;当列车速度为1000 km/h时,管道压力0.3 atm–管道面积100 m2下的设备散热问题显著,工程可行性挑战较大;若进一步降低管道压力,设备散热与气密强度设计难度将进一步加大。
  • 图  1  超高速磁浮列车几何模型

    Figure  1.  Geometry model of high-speed maglev train

    图  2  计算区域

    Figure  2.  Computation domain

    图  3  局部计算网格

    Figure  3.  Local computation mesh

    图  4  车下发热设备分布

    Figure  4.  Distribution of heating equipment

    图  5  纵向对称面上的气流马赫数(列车速度600 km/h,管道压力0.3 atm,管道面积80 m2

    Figure  5.  Mach number of airflow on the longitudinal symmetry plane (train speed: 600 km/h, tube pressure: 0.3 atm, tube area: 80 m2)

    图  6  纵向对称面上的气流马赫数(列车速度800 km/h,管道压力0.3 atm,管道面积80 m2

    Figure  6.  Mach number of airflow on the longitudinal symmetry plane (train speed: 800 km/h, tube pressure: 0.3 atm, tube area: 80 m2)

    图  7  纵向对称面上的气流马赫数(列车速度1000 km/h,管道压力0.3 atm,管道面积80 m2

    Figure  7.  Mach number of airflow on the longitudinal symmetry plane (train speed: 1000 km/h, tube pressure: 0.3 atm, tube area: 80 m2)

    图  8  头车横截面温度分布

    Figure  8.  Temperature distribution of cross section in middle of head car

    图  9  整车气动阻力随管道压力及管道面积的变化规律

    Figure  9.  Variation of aerodynamic drag with tube pressure and tube area

    图  10  尾车气动升力随管道压力及管道面积的变化规律

    Figure  10.  Variation of aerodynamic lift with tube pressure and tube area

    图  11  偶极子声源声压级差值随管道压力及管道面积的变化规律

    Figure  11.  Variation of sound pressure level difference of dipole sound source with tube pressure and tube area

    图  12  管道交会压力波随管道压力及管道面积的变化规律

    Figure  12.  Variation of tube crossing pressure wave with tube pressure and tube area

    图  13  悬浮电磁铁平均温度差值随管道压力及管道面积的变化规律

    Figure  13.  Variation of electromagnet average temperature with tube pressure and tube area

    表  1  发热设备功率

    Table  1.   Power of heating equipment

    发热设备功率
    悬浮电磁铁330 kW
    导向电磁铁120 kW
    夹层电气设备54 kW
    空调室外机120 kW
    长定子1.05/3.32/8.10 kW/m (600/800/1000 km/h)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-18
  • 修回日期:  2023-01-11
  • 录用日期:  2023-02-22
  • 刊出日期:  2023-06-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日