真空管道列车准一维气动特性

摘要

采用理论分析和准一维数值模拟方法，对管道列车宏观流动和气动特性进行研究。研究表明，列车匀速运动可以产生亚声速通流、壅塞和超声速通流三种典型模态。其中，壅塞模态一般伴随以列车前驱激波和后方二次激波为特征的复杂流动。依据二次激波相对列车的位置，壅塞模态可细分为二次激波驻定和二次激波脱离两个区间。列车所受气动阻力随所处流动模态表现出不同的特征。当运行速度小于亚声速壅塞极限或者超过超声速壅塞极限时，流动处于通流模态，阻力较小；当运行速度介于亚声速壅塞极限与二次激波驻定极限之间时，阻力随列车速度快速增长；当运行速度介于二次激波驻定极限与超声速壅塞极限之间时，气动阻力增长趋缓。气动阻力系数在二次激波驻定极限处达到峰值。管壁的摩擦与传热会极大地削弱壅塞模态下的前驱激波和二次激波，但对壅塞极限和气动阻力的变化趋势影响不大。列车的加速过程可对超声速运行阶段流动模态的选择产生很大影响。减小加速度倾向于延缓由壅塞模态向低阻通流模态的转变。数值结果显示模态转变由列车在加速过程中追赶上前驱激波而触发。