摘 要

本分主要研究了各种参数不同的情况下，当管道真空磁悬浮列车运行至时速1000km/h的时候，列车周围的环境如何，其中包括列车周围的流场分布，车身表面的压强分布以及空气流速的分布，并且得出每种工况下，列车所受到的气动阻力。根据不同工况下列车运行时的不同和所受阻力大小，从而确定出管道真空磁悬浮列车最合适的列车模型，以及最合适的气压密度，包括管道内径大小的确定，也就是确定最合适的阻塞比大小。初步掌握必要的空气动力学知识之后，运用Fluent软件进行模拟数值计算，前期的网格划分采用ansys workbench软件进行处理，MATLAB等软件进行最后的数据处理，包括对数据点的拟合，以及得到最后的数学模型，观察其规律。所得结果对之后建立管道真空磁悬浮列车的实体模型试验线有很大的意义。

本文第一章主要讲述了该课题的研究背景，以及其目前在世界范围内的发展，并且讲述了课题研究的意义。

第二章讲述了基础的空气动力学知识，为课题的研究补充理论基础，初步了解空气动力学的研究方法，并确定研究方法以及计算中的一些必要条件。

第三章讲述了课题研究中所要用到的主要软件及其优点和作用，了解软件的用法对于研究课题具有很大的帮助。

第四章为具体的研究过程与方法，其中包括各个参数最优解的确定，并且有一些不合适的研究方法也有提及，在不合适的方法之后找寻出了合适的求解方法。

第五章则讲述最终的结论。

课题研究过程中首先查询各种文献报告，最快时间了解管道真空磁悬浮的世界范围内现状，同时了解自己的课题，确定研究方向。学习软件的使用，尽快的将自己的研究方法投入到计算中，得出所需的数据并对其进行处理，最后归纳总结数据，得到最终的研究结果。

关键词：管道真空磁悬浮 空气密度 阻塞比 模拟 数据处理 空气动力学

Abstract

This section mainly studies the different parameters, when the pipeline vacuum maglev train running to 1000km / h around the environment, including the flow around the train distribution, the body surface pressure distribution and air flow rate distribution, and come to each case, the train received by the pneumatic resistance. according to the different operating conditions of the train and the size of the resistance to determine the size of the pipeline vacuum maglev train the most appropriate train model, and the most appropriate pressure density, including the size of the pipe to determine the size, that is, to determine the most appropriate blocking ratio. After preliminary knowledge of the necessary aerodynamics, the numerical calculation is carried out using Fluent software. The pre-grid division is processed by ansys workbench software, and the final data processing is performed by MATLAB and other software, including the fitting of the data points and the final Of the mathematical model to observe the law. The results obtained on the establishment of the pipeline after the vacuum maglev model of the solid model test line is of great significance.

The first chapter of this article mainly describes the research background of the subject, as well as its current development in the world, and tells the significance of the research.

The second chapter is about the basic aerodynamics knowledge, supplementing the theoretical basis for the research of the subject, the preliminary understanding of the aerodynamic research methods, and the determination of the research methods and some necessary conditions in the calculation.

The third chapter is about the main software and its advantages and functions in the research. It is very helpful to understand the usage of the software.

The fourth chapter is the concrete research process and method, which includes the determination of the optimal solution of each parameter, and some inappropriate research methods are mentioned, and the appropriate method is found after the inappropriate method.

The fifth chapter is around the final conclusion.

Subject research process first query a variety of literature reports, the fastest time to understand the vacuum magnetic levitation in the world of the status quo, while understanding their own topics, to determine the direction of research. Learning the use of software, as soon as possible to their own research methods into the calculation, the required data and its processing, and finally summed up the data, get the final results.

Key words：Pipeline vacuum magnetic levitation Air density blocking ratio Simulation data processing aerodynamics

目 录

第1章 绪论 1

1.1背景分析 1

1.2国内外相关领域研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 3

1.3课题研究的内容 4

1.4课题研究的目标及意义 4

第2章 空气动力学基础 6

2.1空气动力学的研究对象，内容及分类 6

2.2空气动力学的研究方法 6

2.2.1数值模拟计算 6

2.2.2风洞实验 7

第3章 计算过程中的软件介绍 8

3.1 Fluent 8

3.1.1Fluent软件具有的特点 8

3.1.2Fluent软件的优点 8

3.1.3课题研究中Fluent软件的作用 8

3.2 MATLAB 9

3.2.1MATLAB的优势特点 9

3.2.2课题研究中MATLAB软件的作用 9

第4章 管道真空磁悬浮列车空气动力学仿真 10

4.1模型建立 10

4.1.1数学模型 10

4.1.2列车模型 11

4.1.3网格划分 11

4.2研究计算过程 15

4.2.1管道真空磁悬浮列车在亚真空环境下能运行的条件 15

4.2.2列车模型前方锥角角度的确定 15

4.2.3fluent仿真的基本假设与条件 16

4.2.4不同真空度下管道真空磁悬浮列车空气阻力仿真分析 19

4.2.5不同管道内径和不同气压密度下列车气动阻力变化 21

4.2.6不同阻塞比条件下下列车气动阻力变化 26

4.2.7不同列车车径条件下下列车气动阻力变化 32

4.2.7计算最合适的车径与阻塞比之下的最合适气压密度值 35

第5章 结 论 38

参考文献 40

致 谢 41

第1章 绪论

1.1背景分析

高效，快速一直以来都是人们解决问题，完成工作的重大标准。用来衡量交通方面就更加的贴切。目前人类采用的最高效，快速的交通工具当属飞机。其次较为高效快速，且方便的交通工则有高铁和动车。然而这远远不够，不足以满足人们的需求，因此在有需求的情况下，就会有新的发展和开发。飞机虽然快，但是费用高昂，经济成本大，且近几年来空难的发生导致人们内心惶恐不安；高铁虽然相对较为经济安全，但是回归本质还是不够高效与快速。目前世界上飞机的平均时速大概在1000km/h，而高铁最高时速可达到350km/h，我国国内飞机基本都可以在6个小时之内的时间跨越我国任意两地之间，高铁的话，我国耗时最长的一班高铁为京沪高铁，全程10小时左右。人们对高效快速的追求，促使了磁悬浮列车的诞生，但是磁悬浮列车的运行速度依然是有限制的，当速度达到一定速度的情况下，列车本身受到的轨道摩擦阻力可以去除掉，但随之而来的气动阻力便会急增，因此管道真空磁悬浮列车的想法诞生。

1.2国内外相关领域研究现状

1.2.1国内研究现状

管道真空磁悬浮列车的研究目前在世界范围内都属于一个新的领域，首先这是两种技术结合在一起的研究，包括磁悬浮技术与真空运输技术。但不仅仅如此，管道真空磁悬浮列车运输不仅要包括输送物资，更重要的是要实现高效快速的载人运输，试想在真空环境下载人运输，目前世界范围能做到的恐怕只有载人航天，太空旅行。因此管道真空磁悬浮列车的研究是一个极具突破性的研究，要考虑的方面和因素很多，包括真空环境的维持，以及人员运输时的安全工作等等。就磁悬浮技术而言，我国2001年就已经开始着手建造世界上第一条磁悬浮专线，在2003年初就已经开始正式运营，上海磁悬浮列车专线全长29.863公里，列车时速430km/h，仅需8分钟就能跑完全程。因此可以证明磁悬浮列车技术在我国已经是比较完善的技术，至少可以投入运营。而真空管道技术，由真空石油管道输送来看，技术应该也比较完善，但是列车运行时是载人，不是载物，因此将磁悬浮技术与真空管道技术结合起来的管道真空磁悬浮列车，想要真正运营起来还不是那么的简单。我国同样在2001年就已经由张耀平教授引进真空管道磁悬浮运输技术，2002西南交通大学成立“真空管道研究所”并开始进行试验研究。由此可见我国对于管道真空磁悬浮技术的研究处于世界领先阶段，目前我国的研究目标定位在发展600-1000km/h的超高速地面交通。我国在2014年，西南交通大学完成了真空管道超高速磁悬浮列车的实验平台搭建，用以实现真空管道运输的可行性，属于全球首创，而在2016年轨道交通产业国际峰会上，西南交通大学张卫华教授表示将在2017年建成真空管道高速试验线，速度可达400km/h。【1】

本课题的题目是管道真空磁悬浮列车速度与空气密度关系的研究，理解课题表面应该是研究出列车速度与空气密度的关系，但是在我深入了解之后，确定了自己的研究方向，本课题最终在大量不同速度与不同空气密度条件下，应该求解出列车所受到的不同阻力大小，并且在大量数据支持下，应该找出列车运行的最优条件。空气密度可以人为掌握，但是对于速度的要求并不是人们人为限制的，需要看某个条件下列车运行的能力，因此才需要找出最合适列车运行的条件。