小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺的製作方法
2023-06-12 07:44:16 2
小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，該試驗臺包括由底座支架支撐、距地面一定高度的環形真空管道操作平臺，環形管道內放置列車模型，其上部固定在傳動臂端，安裝在操作平臺中心下的電機輸送動力，通過傳動臂帶動列車模型作圓周運動，環形管道內的壓力由真空泵調節，並採用測量記錄系統採集列車模型在管道中高速運動而引起的熱動力參數。本實用新型的顯著特點是結構簡單，易於建造。該技術可實現系統研究真空管道交通系統的熱動力學現象，為高速管道列車的快速問世奠定一定的技術支撐。
【專利說明】小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，通過熱成像儀，壓力傳感器、溫度傳感器、組態軟體等監測列車模型在高速運動過程中引起的熱動力學參數變化，並可通過改變列車模型大小改變系統阻塞比，通過改變真空泵工況控制系統內部壓力，通過改變電動機轉速改變系統馬赫數，利用相似原理系統研究真空管道交通系統的熱動力學現象。
【背景技術】
[0002]隨著人員流動日趨遠程化、日常化，真空管道交通這一兼備高速、運輸量大等優點的未來交通工具必將極大推動區域城市化進程，促進貿易繁榮、增進人員交流，成為催化國內乃至國際發展的大動脈。真空管道交通系統兼有飛機速度快、運行所受阻力小和列車運輸量大、全天候運行的特點，是一種可實現的未來交通系統，我國預計於2035年前後建成世界第一條真空管道交通系統。
[0003]氣動阻力與氣動熱影響著真空管道交通系統能否安全高效運行，直接制約著阻塞t匕、真空度和馬赫數等系統運行參數選擇，間接決定了系統的建設成本和運行成本。目前，國內外僅有少量關於真空管道交通系統的研究，研究方法以數值模擬計算為主，研究內容主要涉及隧道、真空管道交通系統內部的流場、壓力分布、安全保障、營救方法等，涉及真空管道交通系統熱學問題的研究較少。國內研究學者分別從真空度、運行速度、阻塞比、列車形狀等因素對高速列車空氣阻力的規律進行分析，涵蓋了研究真空管道運輸高速列車空氣阻力的主要影響因素，但數值模擬過程中忽略了粘性幹擾、高速氣體流動存在的低密度效應等問題。綜合來說，上述研究只是針對真空管道列車的壓力場和流場進行了初步的探索，尚未對影響壓力場和流場產生、變化的壓力波這一本質問題進行深入研究。
[0004]阻塞比、真空度和馬赫數(列車運行速度)是決定真空管道交通系統建設成本和運營成本的決定性因素。阻塞比、真空度和馬赫數三者相互制約，互不妥協，如何選擇匹配的阻塞比、真空度和馬赫數是真空管道交通系統所必須面臨的問題。真空管道內的熱學現象、傳熱機理和散熱效率的研究，作為直接影響真空管道安全的重要一環，還沒有得到足夠重視，因而現有工作不能對真空管道交通系統的設計提供足夠的理論支持，尤其是未將系統壓力場與氣動熱場的研究合二為一，耦合分析；另外，之前研究中的列車速度一般較低(小於0.5馬赫)，並未涉及亞音速狀態甚至超音速狀態下系統的流場特徵；此外，對系統真空度、列車運行速度及阻塞比等關鍵參數的選取原則等問題仍顯片面。
實用新型內容
[0005]本實用新型提供了一種小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，它可以解決現有技術試驗臺建設費用高、佔地面積大、數據採集難、參數可調節性差，不能採集系統穩態數據，無法綜合研究系統內部熱動力學現象等問題，該實驗臺通過改變列車模型大小改變系統阻塞比，通過改變真空泵工況控制系統內部壓力，通過改變電動機轉速改變系統馬赫數，利用相似原理系統研究真空管道交通系統的熱動力學現象。
[0006]為了達到解決上述技術方案的目的，本實用新型的技術方案是搭建一座小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，該試驗臺包括由底座支架支撐、距地面一定高度的環形真空管道操作平臺，環形管道內放置列車模型，其上部固定在傳動臂端，安裝在操作平臺中心下的電機輸送動力，通過傳動臂帶動列車模型作圓周運動，環形管道內的壓力由真空泵調節，並採用測量記錄系統採集列車模型在管道中高速運動而引起的熱動力參數。
[0007]在本實用新型中還具有以下技術特徵:所述的底部操作平臺、頂部蓋板與外側環形擋板形成封閉空間，且頂部蓋板置於外環擋板上，整體覆蓋並密封，為保證列車模型所需壓力值提供密閉腔，但內外兩側同心環形擋板高度不同，外擋板高於內擋板，頂部蓋板與內側環形擋板之間形成高度適中的環隙，以保證傳動臂的運動空間。
[0008]在本實用新型中還具有以下技術特徵:所述的頂部蓋板為透明或部分透明圓形結構，以便觀察裝置內列車模型運行情況。
[0009]在本實用新型中還具有以下技術特徵:所述的電機旋轉軸由環形擋板中心處接入封閉空間，且與底部操作平臺垂直，接觸處密封處理，電機為可調速電機，通過改變電機轉速改變系統的馬赫數，電機轉軸帶動傳動臂，使得固定在傳動臂端部的列車模型作圓周運動。
[0010]在本實用新型中還具有以下技術特徵:所述的封閉空間與真空泵由連接管道連接，通過調節真空泵控制封閉空間內的真空度，真空度值由真空表測得。
[0011]本實用新型中還具有以下技術特徵:列車模型為對稱結構，其中心位置固定在傳動臂上，且列車與內外兩側環形擋板的距離相同，可通過改變列車模型大小改變系統的阻塞比。
[0012]本實用新型中還具有以下技術特徵:連接管道設有進氣裝置，在試驗臺不運行時可恢復所述封閉空間氣壓。
[0013]本實用新型中還具有以下技術特徵:內外環形擋板組成的環形管道內部布有多個壓力傳感器、溫度傳感器和其他數據採集傳感器，傳感器與計算機組態系統相連，試驗人員可通過組態系統實時觀測系統狀態，並可記錄整理系統歷史運行參數。
[0014]本實用新型在原有對真空管道交通系統氣動阻力和氣動熱研究的基礎上，提出一種小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，該試驗臺包括由底座支架支撐、距地面一定高度的環形真空管道操作平臺，環形管道內放置列車模型，其上部固定在傳動臂端，安裝在操作平臺中心下的電機輸送動力，通過傳動臂帶動列車模型作圓周運動，環形管道內的壓力由真空泵調節，並採用測量記錄系統採集列車模型在管道中高速運動而引起的熱動力參數。本實用新型通過熱成像儀，壓力傳感器、溫度傳感器、組態軟體等監測列車模型在高速運動過程中引起的熱動力學參數變化，並可改變系統阻塞比、系統壓力和馬赫數等重要參數，利用相似原理系統研究真空管道交通系統的熱動力學現象。
[0015]基於上述技術特徵所構成的技術方案的優點在於:
[0016]①.佔地面積小，投資少。不需要佔用大面積、長距離實驗場地，安裝簡易，在試驗室內部即可進行試驗，可大大節省佔地空間和建設投資。
[0017]②.試驗參數可調性高。試驗人員可通過改變列車模型大小改變系統阻塞比，通過改變真空泵工況控制系統內部壓力，通過改變電動機轉速改變系統馬赫數。[0018]③.數據採集方便，自動化程度高。可通過熱成像儀，壓力傳感器、溫度傳感器、組態軟體等直接採集、讀取試驗數據。
[0019]④.可進行非穩態、穩態試驗。列車模型可在環形管道內長時間連續運行，直至接近穩態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細地描述.[0021]圖1是本實用新型的環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺主視圖；
[0022]圖2是本實用新型的環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺俯視圖；
[0023]1.外側環形擋板2.列車模型3.內側環形擋板4.底座支架5.溫度傳感器
6.傳動臂7.軸套8.蓋板9.真空表10.真空閥11.連接管12.真空泵13.壓力傳感器14.可調速電機15.操作平臺
【具體實施方式】
[0024]本實用新型的環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺包括外側環形擋板1，內側環形擋板3，內外環形擋板組成的環形空間中心放置列車模型2，列車模型固定在傳動臂6上，傳動臂另一端連接軸套7，由可調速電機14提供動力，內外環形擋板與底部操作平臺15，蓋板8組成封閉空間，由真空泵12通過連接管11、真空閥10調節封閉空間內的壓力值，封閉空間內的真空度可在真空表9上讀取，安裝在列車模型上溫度傳感器5和安裝在封閉空間內的壓力傳感器 13分別用於測定列車模型附近溫度和列車壓力值，整個裝置由底座支架4支撐。
[0025]本實用新型所涉及之系統的外側環形擋板I和內側環形擋板3都安裝在底部操作平臺15上，並與頂部蓋板8組成封閉空間，其中，底部操作平臺15由底座支架4支撐。環形管道內放置列車模型2，其上部固定在傳動臂6端部，安裝在操作平臺15中心下的可調速電機14輸送動力，通過傳動臂6帶動列車模型2作圓周運動，環形管道內的壓力由真空泵12調節，並採用測量記錄系統採集列車模型在管道中高速運動而引起的熱動力參數。試驗開始前，先用真空泵12抽取系統內氣體，將系統壓力維持在試驗所需壓力，由真空表9實現。預設好電機功率，設定其轉速，打開電機14開始試驗，列車模型2在傳動臂6作用下按一定馬赫數運行。試驗過程中，試驗人員可通過直接觀察或使用儀器的方式及時觀察系統內部狀態，也可通過電腦讀取系統內溫度傳感器5，壓力傳感器13採集數據。試驗結束後，待電機停止旋轉，打開進氣閥或旁通管，使系統內部壓力恢復至大氣壓。
[0026]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非是對本實用新型作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.一種小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，該試驗臺包括由底座支架支撐、距地面一定高度的環形真空管道操作平臺，環形管道內放置列車模型，其上部固定在傳動臂端，安裝在操作平臺中心下的電機輸送動力，通過傳動臂帶動列車模型作圓周運動，環形管道內的壓力由真空泵調節，並採用測量記錄系統採集列車模型在管道中高速運動而引起的熱動力參數。
2.根據權利要求1所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，其特徵在於:底部操作平臺、頂部蓋板與外側環形擋板形成封閉空間，內外兩側同心環形擋板高度不同,且外擋板高於內擋板。
3.根據權利要求1所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，其特徵在於:電機旋轉軸由環形擋板中心處接入封閉空間，且與底部操作平臺垂直，接觸處密封處理，電機為可調速電機，通過改變電機轉速可改變系統的馬赫數。
4.根據權利要求1所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，其特徵在於:電機轉軸帶動傳動臂，使得固定在傳動臂端部的列車模型作圓周運動。
5.根據權利要求1所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺，其特徵在於:環形管道內部布有多個壓力傳感器、溫度傳感器和其他數據採集傳感器，傳感器與計算機組態系統相連，試驗人員可通過組態系統實時觀測系統狀態，並可記錄整理系統歷史運行參數。
6.根據權利要求2所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺頂部蓋板，其特徵在於:頂部蓋板為透明或部分透明圓形結構，置於外環擋板上，整體覆蓋並密封管道。
7.根據權利要求2所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺封閉空間，其特徵在於:封閉空間與真空泵由連接管道連接，通過調節真空泵控制封閉空間內的真空度，真空度值由真空表測得。
8.根據權利要求2所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺封閉空間，其特徵在於:頂部蓋板與內側環形擋板之間形成高度適中的環隙，以保證傳動臂的運動空間。
9.根據權利要求4所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺列車模型，其特徵在於:列車模型為對稱結構，其中心位置固定在傳動臂上，且列車與內外兩側環形擋板的距離相同，可通過改變列車模型大小改變系統的阻塞比。
10.根據權利要求7所述的小型環形真空管道交通系統熱動力學研究試驗臺連接管道，其特徵在於:連接管道設有進氣裝置，在試驗臺不運行時可恢復所述封閉空間氣壓。
【文檔編號】G01M99/00GK203672641SQ201420030747
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】周豔, 賈文廣, 劉英傑, 劉海龍, 段瑞響, 李慶領 申請人:青島科技大學