真空管道交通列车外流场仿真算法分析

列车运行阻力激增、气动噪声加剧和横向运行失稳等问题严重影响既有高速铁路的进一步提速,构建真空运营环境可以有效解决这些问题。基于有限密闭空间的真空空气动力学数学理论、仿真和试验分析,建立三维静态和动态模型,对四种算法进行系统的对比分析,得出真空管道交通列车外流场仿真算法的合理性设置。研究表明,列车和管道中间气体的三维效应、压缩效应和非定常效应对列车外流场影响显著。研究结果为真空管道交通仿真分析提供理论依据.     

真空管道HTS磁浮实验系统中直线电机复合次级研究

在真空管道HTS磁浮实验系统中,利用高温超导体为列车提供悬浮力,闭合圆环形长初级直线感应电机进行驱动,列车加速性能取决于直线电机产生的最大推力.本文结合真空管道的特性,建立了复合次级直线电机模型,利用分层理论模型分析了复合次级参数对电机启动推力及法向力的影响,并通过有限元仿真分析验证直线电机驱动特性与复合次级参数之间的关系.结果表明,采用1.3 mm厚的次级铝板和1 m~2 mm厚的背铁组成的复合次级,列车可以获得较高的启动推力,在运行过程中获得较大加速度,并有效削弱了法向吸力,提高了列车运行时的稳定性,最后通过实验测试,验证了仿真研究的正确性,为高速真空管道HTS磁悬浮列车应用提供设计参考.     

适用于真空管道交通的高温超导磁悬浮车低温液氮容器

真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用,将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福祉。将使今天面临的交通困境从根本上得以解决,也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。磁悬浮车是真空管道交通系统的运行主体,在各种不同模式的磁悬浮车中,高温超导磁悬浮车非常适合于真空管道交通。然而,由于真空管道中是低压环境,用于常压环境的高温超导磁悬浮车低温液氮容器不适合直接用于真空管道交通系统。提出在真空管道交通中,采用带压力阀的高温超导磁悬浮车低温液氮容器。这是一种压力容器,器壁要承受压差,当前常用的矩形高温超导磁悬浮车低温液氮容器则不适合,进一步提出能承受较高压力的圆柱形低温液氮容器的设计构想。还对真空管道交通中真空环境对提高液氮容器保温效果的意义进行了讨论。     

同步辐射小角散射实验站

小角X射线散射(SAXS)实验站配置有SAXS相机、在线控制及数据获取系统.SAXS相机由位置精度为1μm的狭缝系统、用以监测光强的电离室、在垂直于束流的平面内能作水平和垂直两个方向遥控调节的样品台和可调长度低真空管道等部分组成,真空管道的两端有25μm厚的Kapton膜密封,探测器为闪烁计数器.该装置的角分辨优于0.6mrad.     

壅塞效应对低气压管道高速列车气动加热的影响

面对未来真空管道交通系统的发展需求,处于低压受限空间的高速列车将面临Kantrowitz极限等空气动力学问题,由其导致的壅塞效应对列车气动加热影响凸显。采用基于TVD格式的可压缩流动求解器,开展了壅塞/非壅塞条件下的低气压管道列车跨声速流动数值模拟,获得了多种工况下的列车气动加热结果。研究表明,由不同车速和阻塞比组合导致的不同流动状态下的气动加热特性差异明显,壅塞效应带来的复杂流动结构造成列车表面出现局部加热/冷却现象;当阻塞比为0.4时,受壅塞效应的影响,速度在0.5马赫运行时的列车局部温度最低可至?33℃,最高温度出现在马赫数1.5时运行的超声速列车,达到252℃。研究结果对于指导管道列车热环境控制具有重要的理论和工程实际意义。     

动车组列车序列图像快速对齐方法

线阵相机具有高敏感性、高分辨率和高动态性等特点,常用于运动物体成像。在动车组列车运行故障图像动态检测中,由于列车运行速度不是理想匀速通过线阵相机,所拍摄的图像会在列车运行方向上出现拉伸或压缩等变形现象,造成同一列车在不同时间所拍摄到的图像总数不一致,给后续目标自动定位、识别以及故障自动检测带来挑战。为解决图像之间未对齐的问题,提出了一种基于分块式的图像对齐方法。首先对图像进行分块处理、特征提取和匹配、特征量化,然后根据特征点之间的像素距离实现图像分块式校准,最后级联各个校准之后的图像块,完成目标图像与标准图像的对齐。实验结果表明,该方法对线阵相机所拍摄的动车组列车序列图像具有较好的对齐效果,可以精确定位序列图像中的目标。     

空心活塞运动产生的激波

普通活塞在管道中运动, 不论活塞速度高低都能驱动产生激波.空心活塞在管道中运动与普通活塞不同, 当其运动Mach数低于壅塞Mach数, 活塞前不会形成运动激波; 只有活塞运动Mach数超出壅塞Mach数, 才能驱动产生激波.壅塞Mach数由空心活塞中心孔直径、长度和内壁面摩擦系数以及外直径横截面积决定.火车通过隧道类似空心活塞在管道中运动.将火车车箱与隧道间的空隙换算成有效水力直径后, 可利用空心活塞在管道中运动计算壅塞Mach数的方法, 求出火车通过隧道出现激波的条件.文章提出一种新颖的间接测量列车平均摩擦系数新方案.      

HTS磁浮系统中永磁轨接头处的运行阻力简化分析方法北大核心CSCD

为了研究高温超导磁浮系统中永磁轨接头处磁场分布与运行阻力的变化特性,本文以真空管道HTS磁浮系统为实验平台,以基本的振动理论和电磁学理论为基础,用一种简化方法分析接头气隙长度及运行速度与阻力的关系,然后在真空管道实验系统上实验验证.实验时保持管内一定真空度,驱动磁浮车运行后让其自由运行,测量其速度变化以确定运行一周所耗的能量,然后再计算平均阻力.实验结果与推导表达式所得结果相符,表明了分析过程的合理性与有效性.     

HTS磁浮系统中永磁轨接头处的运行阻力简化分析方法

为了研究高温超导磁浮系统中永磁轨接头处磁场分布与运行阻力的变化特性,本文以真空管道HTS磁浮系统为实验平台,以基本的振动理论和电磁学理论为基础,用一种简化方法分析接头气隙长度及运行速度与阻力的关系,然后在真空管道实验系统上实验验证.实验时保持管内一定真空度,驱动磁浮车运行后让其自由运行,测量其速度变化以确定运行一周所耗的能量,然后再计算平均阻力.实验结果与推导表达式所得结果相符,表明了分析过程的合理性与有效性.     

真空管道空气制动系统的模型设计

真空管道运输指在气压为小于等于0. 5a t m的气密性良好的密闭管道内运行磁悬浮列车, 空气制动系 统是指仅利用空气阻力实现车体减速的系统. 将通过动量守恒定律推导制动时的空气阻力公式, 并提出一种利用 空气阻力制动的真空管道系统的设计方案, 给出一定的理论计算     

电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统

为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性,研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境,并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验,初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明:当温度、湿度等其他环境因素基本不变,真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域,可使放电阈值降低90~180 V。     

真空冷却过程中实验条件对真空冷却速率的影响

以熟肉为实验材料,对实验条件对真空冷却速率的影响进行了理论分析和实验研究。实验结果表明:真空室有效容积越小、真空泵抽速越高,则真空冷却时间就会越短;冷阱温度对真空冷却速率有着明显的影响;当真空室内的最终压力在0.4～0.61kPa变化时,熟肉的表面温度一直在0℃以上,其真空冷却的时间随着真空室内压力的升高而增加。而真空室内的最终压力在0.3kPa左右时,熟肉的表面温度在真空冷却过程会低于0℃。     

双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性。双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力。研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析。结果表明：保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

微通道脉管非线性交变振荡微观机理的分子动力学研究

采用分子动力学方法，对He在微通道脉管内的非线性交变振荡的热力学响应进行仿真，研究气体振荡诱导管内轴向压力梯度、温度场的形成，并阐述微通道长径比对温差与相位的影响.结果表明：微通道内伴随压差驱动力在管内形成类似正弦函数压力波、速度波、质量流量波与半正弦的温度波.振荡周期随脉管管径的增大而缩短，随脉管长度的增加而增长，受直径影响很小；微通道两端的时均温差随长度的增加而增大，受直径的影响很小.预测针对不同的脉管直径存在一个最佳长径比与振荡周期，其数值随直径的增大而增大，为优化脉冲管的性能提供理论依据.     

半开口管道中的氢/空气火焰加速和压力发展过程

本文研究了氢／空气预混火焰在半开口管道中的火焰加速现象和压力发展过程．结果表明,重复布置的障碍物对火焰速度和压力提升产生显著的影响．火焰传播状态随着氢气当量比的变化而发生改变,在氢气当量比约为０．３４时,火焰速度出现第一次跃变;随着氢气当量比进一步提高,火焰速度发生第二次跃变,即由爆燃转为爆轰．发生爆轰时氢气当量比的范围随着阻塞比的不同而发生变化．     

不同压力下竖直管外Marangoni凝结换热特性研究

本文在不同压力状态下对水与酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了可视化实验研究,观测到不同过冷度下的凝结状态.实验结果表明,在相同流速和浓度条件下,酒精浓度较低时凝结换热系数随蒸汽压力的升高而升高.但在高酒精浓度下,凝结液表面张力梯度减小,扩散热阻的影响增大,蒸汽压力对于凝结换热系数的影响并不明显.     

EAST装置第一壁热沉冷却结构关键工艺的研究

对由埋管引起的面对等离子体第一壁热沉冷却结构冷却效果的下降进行了实验测量与数值模拟。在相同加热源条件下,比较了热沉内光孔、埋管打压胀管及高温真空埋管钎焊三种工艺实验件的换热效率,并与数值模拟的结果进行比较,确定了合理的计算模型和参数。对高场测的热沉原型件,比较了埋管打压胀管和高温真空钎焊连接换热效率,为EAST热沉冷却结构优化提供了依据。     

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对由埋管引起的面对等离子体第一壁热沉冷却结构冷却效果的下降进行了实验测量与数值模拟。在相同加热源条件下,比较了热沉内光孔、埋管打压胀管及高温真空埋管钎焊三种工艺实验件的换热效率,并与数值模拟的结果进行比较,确定了合理的计算模型和参数。对高场测的热沉原型件,比较了埋管打压胀管和高温真空钎焊连接换热效率,为EAST热沉冷却结构优化提供了依据。     

微通道脉冲管中He气交替振荡的分子动力学模拟

使用非平衡分子动力学模拟方法分析了微通道脉冲管(MPT)中由正弦速度活塞提供驱动力时He气交替振荡的微观动力学过程,并对MPT的冷却机制进行了分析.结果表明,MPT的压缩和膨胀过程之间存在一个交替的振荡过程,两个过程具有不对称的属性分布,膨胀过程具有比压缩过程更大的轴向压力梯度.当充气压力较低时,循环时间对冷端温度的影响很小,但是当充气压力高于20 bar时,冷端温度对时间较为敏感,随着时间的减少,冷端温度进一步降低,而冷端瞬时平均温度随着充气压力的增加而增加.另外,压比随着时间的减少而增加,并且明显不受充气压力的影响,但它会在MPT的轴向上产生较大的温度梯度.综上所述,在热端使用不同形式的换热器和调相元件会释放或回收额外的声功率.固定工作模式和尺寸参数的MPT具有最佳频率,可以在冷端获得最低的空载温度.仿真结果增进了对脉冲管制冷机的认识,并为微通道脉冲管制冷机的优化设计提供理论支持.     

79.7 K驻波型热声驱动脉管制冷机

根据声学原理,把一根大约四分之一波长长度的管子接到一台驻波型热声发动机和一个脉管制冷机之间,能把制冷机入口的压比和压力振幅放大,使脉管制冷机的最低制冷温度降到79.7 K。