请关注真空管道交通空气动力学问题

ett

真空管道高速磁浮交通初期阶段速度600km/h~1000km/h，中期阶段速度实现超音速行驶，远期可以达到高超音速。现阶段仍然是理论研究空白时期，那么也正是在理论研究上可以大有作为的时期。其中空气动力学是真空管道交通的重要研究领域之一。真空管道车辆是在真空／稀薄气体环境中行驶，这有别于高速列车在隧道中行驶的稠密大气环境；另外，真空管道车辆是在有限边界（而且此边界很小，相对于飞机和太空飞行器）环境中行驶，这有别于飞机和宇宙飞船飞行的无限（相对而言）边界环境。

　　如果您是空气动力学领域的老师，建议申请真空管道交通空气动力学相关的国家课题，如自然科学基金、863项目或者更高级别的研究项目，这一研究课题国家不久定会有立项，希望您最先成为课题负责人；或者指导研究生从事这一领域选题，相信会有所建树和取得重大成就。

　　如果您是流体力学领域的学生，或者对空气动力学有兴趣，建议您从真空管道交通稀薄气体动力学着手，做一些理论分析或者用Fluent等流体软件作一些计算，发表一些小论文或者完成您的硕士、博士学位论文等相信会比较方便。

　　为了真空管道交通的早日实现，让我们共同努力吧。

　　看到流体中文网严谨的管理，也看到来此论坛的都是高水平的同学和老师，才一改不在网上发贴和不参与网上讨论的做法，在此表达一点自己的愿望。

　　欢迎大家就真空管道交通空气动力学问题进行讨论和交流，也可直接与我联系（QQ:196011423），请注明“真空管道交通”。如果您申请课题、发表论文或者完成学位论文，希望我能对您有所帮助，如果我申请课题或发表论文，我会把您作为我的课题组成员或者把您作为合作作者。

uesoft

加了QQ，我不是做这个研究的，只是好奇。我是做太阳能和秸秆生物质能的。呵呵

ett

谢谢关注，太阳能采集主要靠太阳能真空管，您的事业将来往真空管道交通发展还算是有基础的，现在做太阳能真空管，将来您的产业升级可以做能跑火车的真空管呵。

uesoft

呵呵，这个跑火车的真空管很诱人。我是用清华大学尹教授的真空管，他是做真空管的，我是用他的真空管获取太阳能的。据说俄罗斯有个科学家设计了一条高铁经西伯利亚、白令海峡到达北美大陆，这样去美国就不用飞机了。

ett

准确地说你提到的俄罗斯科学家的还不能算设计，只能算构想，类似的构想有很多，你也可以提出很多。能算上设计的至今只有Daryl Oster（我也参与了部分计算与文案工作）于2003年提交的Florida州Tampa-Orlando的真空管道线路方案（www.et3.com）和瑞士Swissmetro的泛欧线路方案（www.swissmetro.ch）。

uesoft

除了高铁，还有更快的交通方式---------超高速交通
http://blog.sina.com.cn/s/blog_53c3f40a0100gzhf.html
昨天，中国科学院、中国工程院两院院士沈志云，在西南交通大学国际会议中心发表专题学术报告，首次在国内公开提出发展“真空管道高速交通”的全新构想。

评论：
与飞机相比，ETT使用电能，效率高，且不受天气影响，的确是2个很大的优势。但ETT面临的挑战也很多，比如：车厢支撑、管道强度刚度、真空维持、车厢环境维持、受限于轨道、交通运输市场竞争，等等。本论坛曾经有个帖子粗略讨论过ETT。

[ 本帖最后由 uesoft 于 2011-10-9 09:02 编辑 ]

通流

都真空了，哪来的空气动力学？

通流

都院士了，还搞这种不着边际的东西。浪费资源。

ett

真空本来就是一个相对概念，绝对真空是不存在的。“在实验中／工程上，任何低于标准大气压的环境都叫真空。”这是真空技术与真空工程领域对真空概念的解释。
更准确地我们这里所说的应该是关于稀薄气体动力学的问题。也许正是为了避免类似“流通”的朋友们可能产生的“质疑”，Daryl Oster先生一开始就把该系统命名为“Evacuated Tube Transportation”，在英语中evacuated没有我们古汉语中“真空”的意思。不过在Daryl Oster之前也有学者把该系统称为“Vacuum Tube Transportation”的。
在我国也有学者用“低压管道运输系统”，刘本林先生则取名为“速车系统”。至于汉语中把这一超高速交通系统叫个什么，的确可以商榷，大家可以集思广益嘛！
如果按照楼上朋友的理解，今天几乎所有的真空行业都得改名啦，如真空泵，并非要抽气到绝对真空。真空机械、真空设备都是跟空气打交道，显然一触及真空，必不可少就要有研空气动力学作后盾呀。

uesoft

原帖由 通流 于 2011-10-8 23:54 发表
都院士了，还搞这种不着边际的东西。浪费资源。

所谓不着边际，主要是指时间或空间太遥远，大概意思如下：
0，这种技术太遥远。
1，这种技术没有市场需求。
2，这种技术不可能实现。
3，这种技术费用太高。
4，其他不着边际的因素。
下面分析ETT与其它技术的比较(其实那些研究人员已经做了一些比较)：
0，只有几十年了，石油耗尽了怎么办？用煤炭制油或生物质或氢。但生物燃油始终存在燃烧污染，不如电能环保。
1，ETT会竞争飞机、高铁、长途客车、船舶运输的部分市场，市场肯定是存在的，只是比例多少的问题。
2，ETT使用的都是一些成熟的技术，如磁悬浮、电力拖动、控制、传热、热辐射、HVAC、抽气技术、钢管强度刚度，只是需要重新组合，因此需要大量使用CAD/CAE进行仿真开发。
3，新技术费用太高是可能的，但如果采用反垄断技术，多团队竞争协作，是可以避免高铁建设的问题的。
4，其他问题。

通流

其实，有些东西很容易估算出来。
如阻力系数大致与速度的平方成正比。那么要达到与时速200公里的火车有相同的空气阻力，对于600公里时速的火车，密度（也就是气压）要降低到原来的1/9。如果时速要达到1000公里，那么密度要降到1/25。
对于这样大的尺寸，空气还是平常的气体，离稀薄气体还差得远了。如果真的是高真空，这么大的尺寸，不管是成本还是技术，都做不到。

这里的空气动力学问题不多。难点一直是如何从结构上，运行上使得这样的东西可行，经济。

ett

按照开放环境中估算空气阻力的公式：F=(1/2)*Cd*ρ*S*(V^2)，600km/h时速的火车要想等同于200km/h时相当的空气阻力，那么气体密度降到1/9就行了，所需的牵引力不变。但在管道壁形成的有约束环境中，当列车经过时气体会被严重挤压，上述公式中的空气密度成了变量。列车经过时空气密度的变化成了阻塞比的函数。对于粗略估算来说，把ρ当变量来处理也容易估计出阻力。
现有铁路、高速铁路和汽车行业研究空气动力学，优化车辆几何外形，主要是为了减小动力需求／能耗，或者在同样动力下达到更高的速度。现在真空管道交通的关注点是，这么庞大的建设工程，管道断面优化选取远比动力／能耗考量重要得多。在满足车辆容积和运行要求的前提下，管道直径每减小1cm，对将要遍布全球的真空管道来说，节约的建设成本是巨大的；同样，这么庞大的系统，抽真空和维持真空的成本亦占很大比重，管道直径每减小1cm，节约的抽真空和维持真空的费用也是巨大的；还有在满足运行需求的前提下，减少真空度冗余（1／100atm真空度能满足需要，就不用1/110atm真空度）也会是巨大的成本节省。
对于飞机、火箭、航天器这类单体，提高性能、降低成本的工作可以连续不断地改进，这次不好下次做好一点，一方面有改进的机会和时间，另一方面差上一点所增加的费用大家都能接受。而对于真空管道交通，一旦管径确定而且建成四通八达的线路，就没有改变的余地。
因此，光估算就不够了，需要非常严格仔细地进行计算，尽可能得到精确、可靠的结果，以确定最佳的管道断面和阻塞比。
真空管道只需要粗真空，按照航天领域的概念，确实可能连稀薄气体都算不上。所以计算的难度会低于航天工程的空气动力学问题，对计算结果精度、可靠性的要求也会远低于航天工程。但工作得大家来做，所以航空航天领域的空气动力学老师和研究生完成这项工作岂不更得心应手！

uesoft

ETT面临的挑战很多，真空管道强度及优化是一个，其他的还有如车厢内部的热量如何通过真空散发出来也是一个考验，这一点可能比航天困难，因为航天可以直接对背景温度接近绝对0K的外太空辐射，太空舱内温度通过传导和辐射比较容易保持恒定。而ETT直线电机会把20-30%的巨大热量散发到车厢和真空，要保持车厢内温度与环境温度接近，这样传热温差很小，真空的气压、密度、导热系数都较小，低压气体制冷散热是个问题。

[ 本帖最后由 uesoft 于 2011-10-10 13:45 编辑 ]

foreverchenpeng

看了你发的那个链接，可以在这里补充一些ett坛友没有提到的信息。
    对于维持真空，也行可以使真空管道节段化，节间有数控活瓣门，对每个节段分别控制其真空度，这样想，也许我们会对ett这个技术看得乐观一点吧。
    当遇到故障或紧急情况时，与列车相聚不远的活瓣会自动打开，维持非故障段的管道真空状态，也可以使故障阶段的空气压力回复，保证人员走出列车后能不被窒息而死。这样故障排除后，再抽去故障段管道内的空气时间不会需要很长。很显然，这种节段越短越便于迅速调控压力，当然成本也增加了，如何确定阶段数肯定需要详细的考究。
    另外管道强度的问题，我想，在管内真空的情况下，管道的主要问题就是失稳。而以上提到的节段化的思路，恰恰可以解决这个问题，因为完全可以把节段与节段之间的连接处，看成一个加强圈。
     对于新的技术，仔细思考的话，问题当然非常的多，也不都是那么容易解决的。但是，我觉得这个东西真的值得去做。举个例子，20世纪40年代，电子计算机发明了，但是当时又有多少人能够想到，这个东西在今天能够出现在每家每户，而此时，你们正在用这个机器浏览我写下的文字，即使我们可能相隔千里？
    支持ett，没有做不到，只有想不到，呵呵。

通流

似乎大家都同意难点是如何建造和维持数百公里长的真空管道。也许应该先把这个搞清楚。空气动力学不是很大的问题。