[发明专利]管道高速列车气动热试验装置及其设计方法

说明书

本发明提供了一种管道高速列车气动热试验装置及其设计方法，该试验装置包括试验段及其两端连接的驱动机构、刹车机构，以及布设在所述试验段壁面上的传感器阵列；所述试验段为一段内设轨道的管道，试验模型由所述驱动机构驱动在试验段内沿轨道无动力行驶。该试验装置通过缩比试验设备、试验模型，模拟真实管道列车内流场结构和传热过程，可以在试验场条件下测量管道列车表面、管道内壁面压力、热流数据。

技术领域

本发明属于气动热研究技术领域，具体涉及一种管道高速列车气动热试验装置及其设计方法。

背景技术

管道高速列车在管道内高速行驶时，对管道内的空气产生压缩作用，导致气体温度上升，由于热传导作用，管道壁温度随之上升，精准获得管道内壁、载具表面气动热流载荷数据，是管道内列车驱动设备等电器设备热控设计的重要输入条件，对管道内设备正常工作具有重要意义。

在真实运行的管道列车建成前，不能通过直接测量获得管道壁面内的热流载荷数据。目前高速流动流场热流载荷测量工作在风洞中实现，风洞中模型静止，气流相对模型运动，主要目的在于测量模型表面的热流载荷，不能模拟真空管道列车管道中的流场，不能用于测量管道列车系统中列车压缩空气作用下管道内壁面的热流载荷。

目前没有经过试验验证的计算方法可以精确获取设备表面热流载荷，也没有成熟的试验装置，满足试验状态下的热流载荷测量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种管道高速列车气动热试验装置及其设计方法，在试验场内，通过缩比试验设备、试验模型，模拟真实管道列车内流场结构和传热过程，在试验场条件下测量管道列车表面、管道内壁面热流数据。

本发明实现上述目的采用的技术方案如下：

一种管道高速列车气动热试验装置，包括试验段及其两端连接的驱动机构、刹车机构，以及布设在所述试验段壁面上的传感器阵列；

所述试验段为一段内设轨道的管道，试验模型由所述驱动机构驱动在试验段内沿轨道无动力行驶；

所述试验段和驱动机构布置在真空环境中，所述刹车机构与试验段之间设置气密隔离闸门，或者所述试验装置整体布置在封闭的真空区域中。

进一步的，所述试验段包括无扰动波反射回波段、有扰动波反射回波段，所述无反射回波段均匀安装传感器，所述有扰动波反射回波段按温度梯度增加传感器数量。

进一步的，所述传感器至少为热流传感器、压力传感器、温度传感器中的一种。

进一步的，所述试验模型表面布设带存储芯片的无线热流传感器，且高热流区域密集布设若干个热流传感器，其它热流分布梯度较均匀的区域沿横向或纵向均匀布置若干个热流传感器。

进一步的，所述驱动机构为旋转加速机构或者直线加速机构；所述刹车机构为阻拦锁、弹簧或者液压减速筒；所述轨道为单轨或者多轨，所述轨道为设置在试验模型下方的支撑式轨道或者在试验模型上方的吊轨。

进一步的，所述驱动机构为水平放置的转动机构，所述转动机构包括竖直的转轴及穿过转轴的两段连杆，一段连杆端部通过锁定部件固定在试验模型上，连杆延长线穿过试验模型质心，另一段连杆端部连接配重。

一种管道高速列车气动热试验装置的设计方法，包括如下步骤：

S1、设计试验段、试验模型缩比系数

S2、设计试验装置内介质、介质温度、试验模型初始速度与真实管道一致，介质压力为真实管道内压力的倍，以保证试验装置内雷诺数、试验模型马赫数与真实管道列车一致；

S3、设计试验模型质量及试验段长度，控制试验模型驶出试验段时的速度为初始速度的98％以上；

S4、设计刹车机构的刹车距离，保证压缩运动不受影响，且试验装置尽量短；