低真空管道列车关键气动问题研究进展

低真空管道列车系统结合应用了管道运输和磁浮推进技术,是一种颇具潜力的未来地面高速交通方式。列车在极狭长的管道空间内长距离往返,通常诱发以管内壅塞现象为主导的大尺度跨声速流动和多车干扰,导致气动阻力急剧增加和气动热环境恶化,从而面临突出的空气动力学问题。本文从管道全场和列车近场两个视角出发,对管道列车流动特征进行了总结,并对近年来国内外该领域气动力/热/噪声研究的进展进行了梳理。在此基础上,围绕管道列车全线多车运行热点问题,对运行速度、管道阻塞比、发车间隔、运行模式的选取进行了讨论。最后,展望了低真空管道列车气动研究领域未来发展方向,指出高效研究方法、多车运行流动干扰、多车运行气动热、长大管道气动噪声、减阻/降热/降噪技术等是今后需要重点研究的领域。

电磁助推翼段加速地面效应及稳定性分析

电磁发射空天飞行器是未来可重复使用天地往返运输系统的重要发展方向之一,近地助推加速过程受电磁悬浮力影响,面临着复杂的地面效应与弹性稳定性问题。以NACA0012二维翼段为研究对象,建立了电磁力与气动力耦合的动力学模型,对翼段近地Ma=0~1.5加速过程中的流场特征、运行姿态和气动特性进行了数值模拟。结果表明,翼段加速诱导地面效应可分为4阶段。第1阶段,上下翼面为亚声速流动,翼段姿态和气动载荷基本无振荡。第2阶段,上翼面开始出现跨声速流动,下翼面流动以典型的变截面跨声速流动为主导,并伴随壅塞-通流模态转换。第3阶段,上翼面保持跨声速流动,下翼面流动壅塞再现,并呈现出完全膨胀的跨声速壅塞流动状态。在第2、3阶段,翼段姿态和气动载荷低频大幅振荡。第4阶段,上翼面发展为超声速流动,下翼面保持完全膨胀壅塞流动,翼段姿态和气动载荷高频小幅振荡。在此基础上,探究了悬浮高度、悬浮刚度、磁体间距对系统稳定性的影响。发现增加悬浮高度,有利于在一定程度上提高系统稳定性;适当增加悬浮刚度或悬浮磁体间距,同时限定电磁助推目标速度小于系统振荡发散临界Mach数,有利于明显提高系统稳定性。

圆弧激波缓聚点火及后续燃烧传播

采用激波管实验和准一维数值模拟的方法,对预混可燃气体中圆弧汇聚激波的自点火现象及后续燃烧波的传播特性进行研究。其中圆弧汇聚激波由平面运动激波通过精确设计的弧形过渡管段转变得到。研究表明:收缩段中圆弧汇聚激波波后的非均匀梯度环境由激波在平直段、弧形过渡段和扇形收缩段中传播所分别诱导的3个梯度区共同构成。随着圆弧汇聚激波的不断增强,圆弧激波后某处首先形成一个无激波的温和反应区。该反应区逆流锋面的初期运动速度远超Chapman-Jouguet(CJ)爆轰波速,而反应产物区流动则呈现出一定弱爆轰波特征。进一步分析发现,该反应锋面本质上是一种“自发反应波”(spontaneous reaction wave),而非常规意义上的动力学波,其速度与汇聚激波波后气流点火时间梯度的倒数吻合。而后,反应区的扩张速度很快降至CJ爆轰波速以下,伴随反应锋面附近激波的产生以及激波-火焰复合结构的形成。激波-火焰结构最终加速演变为反向传播的爆轰波。在一定的条件下,由于入射激波转变过程和汇聚所构造的特定点火环境,自发反应波可再次赶超爆轰波,成为新的燃烧波前;而当自发反应波速度再次低于CJ爆轰波速时,它将再次转变为爆轰波;在此过程中,原先的爆轰波阵面蜕变为反应产物中传播的激波。

胆汁中胆红素的含量测定

本文对国内已报道的各种胆汁中胆红素含量测定的方法,进行了比较实验。并与作者所设计的一种方法作了对比。结果表明,用甲醇,与用氯仿/甲醇或95％乙醇以4/6的比例组成的混合溶剂作稀释剂,所得结果基本一致。与作者所设计的,胆汁用碱水解、酸化后,氯仿萃取液的测定结果,有的相近。但有的差距较大,认为这与胆汁不新鲜有关。

真空管道列车准一维气动特性

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。