[發明專利]一種亞音速真空管道列車周圍氣流參數計算方法

有效

• 申請號: 202110686550.3
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113361215B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 李田;秦登;張曉涵;蔣堯;畢海權;張繼業;張衛華
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/15
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

本發明公開了一種亞音速真空管道列車周圍氣流參數計算方法，首先確定列車的運行速度以及在該速度下的阻塞比；然后，計算臨界阻塞比，并根據臨界阻塞比判斷列車是否處于壅塞狀態；最后，若列車處于非壅塞狀態，則計算列車周圍臨界區域的氣流參數；若列車處于壅塞狀態，則分別計算列車前方、列車周圍以及列車尾部的氣流參數。該方案假設列車為旋成體列車，管道為理想圓柱體，管道內氣體為無粘可壓縮氣體。根據等熵氣動理論，可推導不同運行速度、不同阻塞比和不同大氣壓下的氣流參數。由于真空管道列車處于狹長的運行環境下，采用一維方法預測管道內部氣流參數壓力具有重要意義。

技術領域

本發明涉及管道交通領域，具體涉及一種亞音速真空管道列車周圍氣流參數計算方法。

背景技術

亞音速真空管道列車周圍流場的求解對列車和管道外形結構設計具有重要的意義。目前針對真空管道列車周圍流場求解主要基于計算流體力學通過有限體積方法對整個管道內部氣流進行數值求解。該方法首先需要建立列車與管道物理模型，然后將管道內部氣體劃分大小不一的網格，最后結合流體控制方程和湍流模型對各個網格進行數值求解。

通過計算流體力學對亞音速真空管道列車周圍流場進行數值求解時，存在建立物理模型耗時、網格劃分和數值計算周期較長等缺點。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種亞音速真空管道列車周圍氣流參數計算方法。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種亞音速真空管道列車周圍氣流參數計算方法，包括如下步驟：

S1、確定列車的運行速度以及在該速度下的阻塞比；

S2、計算臨界阻塞比，并根據臨界阻塞比判斷列車是否處于壅塞狀態；

S3、若列車處于非壅塞狀態，則計算列車周圍臨界區域的氣流參數；若列車處于壅塞狀態，則分別計算列車前方、列車周圍以及列車尾部的氣流參數。

進一步的，所述臨界阻塞比的計算方式為：

其中，β_t為臨界阻塞比，Ma_t為列車速度對應的馬赫數且u_t為列車速度，R為理想氣體常數，K為氣體絕熱指數，T₁為管道環境溫度。

進一步的，所述步驟S2中，若β_t≥β，則整個管道處于非壅塞狀態；若β_tβ，管道內部處于壅塞狀態，其中，β為管道阻塞比。

進一步的，若管道內部處于非壅塞狀態時，列車周圍臨界區域的氣流參數的計算方式包括：

S301、將管道內部區域劃分為列車前方區域、臨界區域以及列車后方區域，其中，列車前方區域和列車后方區域的氣流參數保持一致且均為初始氣流參數；

S302、根據臨界區域與列車前方區域的截面比值與對應速度的關系求解臨界區域的馬赫數；

S303、根據臨界區域馬赫數以及臨界區域內氣流參數與列車前方區域氣流參數之間的關系求解臨界區域的氣流參數。

進一步的，所述步驟S302中臨界區域的馬赫數的計算方式為：

其中，Ma₁為列車運行馬赫數且Ma₁＝Ma_t，Ma_cr為臨界區域氣流相對于列車的馬赫數且Ma_cr＜1，A₁為列車前方區域的氣道截面，A_cr為臨界區域的氣道截面。

進一步的，所述步驟S303中臨界區域的氣流參數計算方式為：