[实用新型]小型环形真空管道交通系统热动力学研究试验台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种小型环形真空管道交通系统热动力学研究试验台，通过热成像仪，压力传感器、温度传感器、组态软件等监测列车模型在高速运动过程中引起的热动力学参数变化，并可通过改变列车模型大小改变系统阻塞比，通过改变真空泵工况控制系统内部压力，通过改变电动机转速改变系统马赫数，利用相似原理系统研究真空管道交通系统的热动力学现象。 

背景技术

随着人员流动日趋远程化、日常化，真空管道交通这一兼备高速、运输量大等优点的未来交通工具必将极大推动区域城市化进程，促进贸易繁荣、增进人员交流，成为催化国内乃至国际发展的大动脉。真空管道交通系统兼有飞机速度快、运行所受阻力小和列车运输量大、全天候运行的特点，是一种可实现的未来交通系统，我国预计于2035年前后建成世界第一条真空管道交通系统。 

气动阻力与气动热影响着真空管道交通系统能否安全高效运行，直接制约着阻塞比、真空度和马赫数等系统运行参数选择，间接决定了系统的建设成本和运行成本。目前，国内外仅有少量关于真空管道交通系统的研究，研究方法以数值模拟计算为主，研究内容主要涉及隧道、真空管道交通系统内部的流场、压力分布、安全保障、营救方法等，涉及真空管道交通系统热学问题的研究较少。国内研究学者分别从真空度、运行速度、阻塞比、列车形状等因素对高速列车空气阻力的规律进行分析，涵盖了研究真空管道运输高速列车空气阻力的主要影响因素，但数值模拟过程中忽略了粘性干扰、高速气体流动存在的低密度效应等问题。综合来说，上述研究只是针对真空管道列车的压力场和流场进行了初步的探索，尚未对影响压力场和流场产生、变化的压力波这一本质问题 进行深入研究。 

阻塞比、真空度和马赫数(列车运行速度)是决定真空管道交通系统建设成本和运营成本的决定性因素。阻塞比、真空度和马赫数三者相互制约，互不妥协，如何选择匹配的阻塞比、真空度和马赫数是真空管道交通系统所必须面临的问题。真空管道内的热学现象、传热机理和散热效率的研究，作为直接影响真空管道安全的重要一环，还没有得到足够重视，因而现有工作不能对真空管道交通系统的设计提供足够的理论支持，尤其是未将系统压力场与气动热场的研究合二为一，耦合分析；另外，之前研究中的列车速度一般较低(小于0.5马赫)，并未涉及亚音速状态甚至超音速状态下系统的流场特征；此外，对系统真空度、列车运行速度及阻塞比等关键参数的选取原则等问题仍显片面。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种小型环形真空管道交通系统热动力学研究试验台，它可以解决现有技术试验台建设费用高、占地面积大、数据采集难、参数可调节性差，不能采集系统稳态数据，无法综合研究系统内部热动力学现象等问题，该实验台通过改变列车模型大小改变系统阻塞比，通过改变真空泵工况控制系统内部压力，通过改变电动机转速改变系统马赫数，利用相似原理系统研究真空管道交通系统的热动力学现象。 

为了达到解决上述技术方案的目的，本实用新型的技术方案是搭建一座小型环形真空管道交通系统热动力学研究试验台，该试验台包括由底座支架支撑、距地面一定高度的环形真空管道操作平台，环形管道内放置列车模型，其上部固定在传动臂端，安装在操作平台中心下的电机输送动力，通过传动臂带动列车模型作圆周运动，环形管道内的压力由真空泵调节，并采用测量记录系统采集列车模型在管道中高速运动而引起的热动力参数。 

在本实用新型中还具有以下技术特征：所述的底部操作平台、顶部盖板与外侧环形挡板形成封闭空间，且顶部盖板置于外环挡板上，整体覆盖并密封，为保证列车模型所需压力值提供密闭腔，但内外两侧同心环形挡板高度不同，外挡板高于内挡板，顶部盖板与内侧环形挡板之间形成高度适中的环隙，以保证传动臂的运动空间。 

在本实用新型中还具有以下技术特征：所述的顶部盖板为透明或部分透明圆形结构，以便观察装置内列车模型运行情况。 

在本实用新型中还具有以下技术特征：所述的电机旋转轴由环形挡板中心处接入封闭空间，且与底部操作平台垂直，接触处密封处理，电机为可调速电机，通过改变电机转速改变系统的马赫数，电机转轴带动传动臂，使得固定在传动臂端部的列车模型作圆周运动。 

在本实用新型中还具有以下技术特征：所述的封闭空间与真空泵由连接管道连接，通过调节真空泵控制封闭空间内的真空度，真空度值由真空表测得。 

本实用新型中还具有以下技术特征：列车模型为对称结构，其中心位置固定在传动臂上，且列车与内外两侧环形挡板的距离相同，可通过改变列车模型大小改变系统的阻塞比。