节能坡与编组方案影响下的地铁列车运行能耗分析

地铁列车在运行过程中,能耗受线路条件以及运营组织方案影响较大。为了更准确地模拟线路运营条件与列车运行能耗之间的关系,在列车运行计算的基础上,分析列车在运行过程中的特点,设计牵引-惰行-制动的站间运行模式下的列车仿真模型,研究列车节能坡设计以及编组方案对列车运行能耗的影响。该模型主要由列车受力分析、站间操纵策略设计以及能耗计算3个部分组成,并在Visual studio平台上设计不同的线路条件及编组方案进行仿真实验,分析其对列车运行能耗的影响规律以及能耗的变化特点。研究发现,采取合理的节能坡设计以及编组方案有利于降低列车运行能耗。     

北京地铁亦庄线列车节能驾驶研究

降低列车牵引能耗是减少城市轨道交通系统耗能的重要途径之一,单列车的牵引能耗由列车在站间的驾驶策略决定,因此,本文以北京市地铁亦庄线为例,介绍了地铁列车的节能驾驶研究.首先调研并收集了亦庄线线路、运营、车辆、供电、能耗等数据,掌握了亦庄线整体节能背景.然后结合地铁运营的特点,给出了北京地铁亦庄线能耗评估的3个指标.并以蚁群算法为核心,开发了列车驾驶的仿真系统,该仿真系统以收集到的亦庄线实际运行数据为输入,离线优化列车自动运行(Automatic Train Operation,ATO)的推荐速度曲线和控制策略.最终将优化后的ATO控制策略在亦庄线进行夜间实验,结果显示,优化后的列车ATO控制策略可以减少单车运行能耗5.67%.     

牵引策略对动车组运行能耗的影响

通过理想化假设,分析曲线、坡道、桥梁、隧道对动车组受力的影响,建立动车组牵引能耗仿真计算模型,并根据实际线路运行结果对模型进行验证。在实际线路参数的基础上,通过能耗模型模拟计算研究启动加速阶段、中间运行阶段以及制动阶段的不同牵引策略对动车组的运行时间、能耗的影响,并提出评价动车组牵引能耗的时间-牵引能耗经济性指标,以考察各种牵引策略的节能、节时潜力。研究结果表明:在惰行终点速度为110 km/h时,动车组牵引能耗达到1个能耗局部最低点。     

列车节能运行的算法及实施技术研究

根据国内外列车节能研究的最新成果,综合利用既有的节能优化操纵方法,设计了列车节能运行的计算机算法,建立了列车节能运行的模拟系统.同时根据模拟系统的功能要求对不同目标速度及线路改造的情况进行了节能模拟,研究了不同目标速度、不同线路条件下的列车节能效果.结论指出:目标速度由60 km/h降低为50 km/h时,能耗消耗可减少14.4%;对线路进行适当改造可使能耗消耗减少9.2%,运营费支出降低8.9%.     

针对时间序列的城轨牵引能耗异常分析

城市轨道交通牵引能耗占系统整体能耗的40％～60％.车载能耗计量装置记录了大量时间序列形式的牵引能耗数据,其能耗模式和异常分析对城市轨道交通节能运营具有重要意义.本文提出一种针对时间序列数据的牵引能耗异常分析方法.首先基于符号化近似聚合方法降低原时间序列维度得到牵引能耗子模式,然后利用K-means聚类实现牵引能耗模式判别,最后基于获得的典型牵引能耗模式及时间序列相似性度量方法,分析牵引能耗时间序列是否存在异常.将该方法应用于北京地铁某线路列车运营过程中记录的数据,得到3种典型能耗模式并结合车底运用计划进行分析,所提方法可用于时间序列牵引能耗数据的异常判断,为及时发现并确定牵引能耗异常程度提供数据支撑.     

地铁车辆再生制动能量利用率影响因素

采用情景分析法,搭建了城市轨道交通车网仿真模型,对发车间隔、上下行发车时间差、载客量、行车密度、路况地理状态等因素对再生制动能量利用率及牵引变电站牵引能耗的影响进行了分析,给出再生制动能量利用率的主要影响因素.通过再生制动能量利用率较低的工况仿真,分析了站点列车制动电阻开启次数、低电压出现次数与该站点再生制动能量的利用以及电能质量间的作用关系.以上海地铁线路运营时段的发车间隔为例,运用仿真方法,探讨了地面储能系统容量配置与城市轨道交通发车间隔的取值控制策略.研究成果可为城市轨道交通节能提供理论指导.     

基于速度距离网络的列车运行曲线优化

轨道交通的节能研究在环保与经济方面具有重要的意义.以最小化单列车运行过程中产生的能耗为目标,基于列车的非线性动力学模型构建离散的速度距离网络,将列车运行曲线优化问题转化为一个整数规划问题,采用拉格朗日松弛和最短路径算法优化列车运行曲线.在此基础上,提出在粗粒度网络最优解的小邻域内重构细粒度的速度距离网络的方法,可有效提高运算速度.基于北京地铁亦庄线的线路和车辆数据,设计仿真案例对上述算法进行评估,并与遗传算法、基于CPLEX的整数规划算法和混合整数规划算法的求解效果进行对比.结果表明:提出的基于速度距离网络的求解算法可生成能耗更优且误差较小的列车速度曲线,并精准满足运行时间与终点速度约束.     

城轨牵引供电系统车-地配合参数优化方法

对于牵引供电系统车-地配合参数优化问题,建立了包含中压能馈装置的牵引供电系统等效电路模型,推导了采用电压下垂控制方式的直流潮流计算方法,并考虑了中压能馈装置的容量配制对潮流算法的影响.考虑直流电压对再生制动的约束,以列车再生制动能力最大发挥和系统能耗最小为目标,提出基于遗传算法的牵引供电系统车-地配合参数优化方法,得到最优逆变启动电压阈值和下垂控制斜率.最后以实际线路为例进行了仿真研究,结果表明:中压能馈装置开通牵引供电功能后系统节能效果更好,优化后系统能耗降低2%以上,达到了良好的节能效果.     

基于再生制动能利用的发车间隔优化模型

本文基于单车节能操纵,以降低全线总能耗为目标,建立了发车间隔节能优化模型。该模型在现有区间运行时分的基础上,考虑单列车节能及其在不同站间的运行速度曲线,得到列车区间牵引能耗,通过重叠时间确定有效利用的再生制动能,并且将多车总能耗最低转化为求解全线能耗最低问题。以全线能耗最低为目标,采用遗传算法,寻求最优发车间隔。仿真案例验证了优化发车间隔的节能效果。     

地铁线路储能装置与牵引装置联合优化配置方法

在城市轨道交通系统中，列车牵引用电的费用在总运营费用中占比较高。在直流供电系统中接入储能装置(例如超级电容)吸收利用列车的再生制动能量，能够减少牵引用电的开销。储能装置和牵引装置的配置方案(位置与容量)会显著影响能量的吸收与利用效率。为了在有限储能与牵引资源约束下最大化再生制动能量的吸收利用效率，该文提出一种地铁线路储能装置与牵引装置的联合优化配置方法，将优化配置问题建模为仿真优化问题，开发了基于序优化的问题求解方法以获得问题足够好的解。在青岛地铁某线路上的测试结果显示：相比于依经验配置，优化配置方案可以减少6.1%的牵引能耗。该方法不仅能有效配置储能牵引资源，还能应用于解决地铁线路中的其他复杂优化问题。     

高速数控加工轨迹拐角的速度平滑方法

基于梯形速度曲线的升降速控制方法,提出一种矢量过渡法来平滑处理高速数控加工的拐角轨迹和速度.通过超前分析,根据减速所需的最大距离求出开始过渡时的速度,并同时对相邻加工段进行插值;通过相邻加工段插值求出的位移相加,合成过渡时的曲线轨迹,进而求得过渡时的速度.实验结果表明,该算法能获得很好的速度响应和加工质量.     

基于多视图像序列跟踪的SAR地面运动目标检测

为基于合成孔径雷达(SAR)检测地面切向运动目标,提出基于多视图像序列跟踪的检测方法。在SAR多视图像序列上,具有切向速度的地面运动目标在子视图像间的位移轨迹可近似为一条斜线。该算法利用具有方向性约束的动态规划实现动目标在SAR多视图像序列上的轨迹跟踪,进而沿散焦轨迹作非相干积累可显著改善微弱目标检测性能。基于跟踪信息可实现动目标切向速度估计和解Doppler模糊。基于实测机载SAR数据的数值实验证明了该方法的有效性。     

双参数轨道非线性能量阱控制性能分析

本文在传统轨道非线性能量阱(Track Nonlinear Energy Sink,简称轨道NES)的基础上提出了同时具有线性和非线性特点的新型控制装置——双参数轨道非线性能量阱(Double-term Track Nonlinear Sink,简称DT轨道NES)。DT轨道NES可以在一定程度上解决线性控制方法频率鲁棒性较差和完全非线性的控制方法能量鲁棒性较差的问题。建立了n自由度主体结构顶层附加DT轨道NES的系统运动方程,并对三层钢框架模型分别使用不同阶组合多项式DT轨道NES系统的减振性能进行了分析,其中使用2阶和6阶组合多项式的DT轨道NES系统减振性能最优。同时,对比分析了DT轨道NES系统与调谐质量阻尼器系统以及传统轨道NES系统分别在在脉冲型荷载和地震作用下的控制性能。结果表明,DT轨道NES系统具有优越的控制性能,并同时展现出较高的频率鲁棒性和能量鲁棒性。     

宾汉流体在同心环空内的传热分析

结合运动方程、能量方程及本构方程，建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型，利用因次分析法对数学模型进行了处理，并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数。结果表明，屈服应力对努塞尔数（Nu）的影响与内管的运动方向有关，并且屈服应力越小，环空内的温度分布越平缓。塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来。内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响。     

基于本征模函数的轨道质量评价方法

为了更合理有效地评价轨道质量,将轨道不平顺波长因素纳入轨道质量评价中,提出基于本征模函数(intrinsic mode function,IMF)的轨道质量评价方法——轨道质量能量指标(track quality energy index,TQEI).通过对轨道不平顺数据进行经验模态分解得到对应波长频段的不平顺IMF,利用频谱分析的方法求得各个IMF的能量;将各个IMF的能量与总能量的比值作为特征向量,并进行量纲一化处理,从而得到轨道不平顺IMF的能量系数;利用能量系数求得TQEI通过理论推导证明了轨道质量数(track quality index,TQI)是在不考虑波长因素作用下轨道质量能量指标的特殊形式.最后,以京广提速干线轨道不平顺数据为例,对比分析了实际检测数据TQEI与TQI的关系.结果表明:轨道质量能量指标是对TQI的细化和延续,其既起到了TQI的幅值管理作用,又可以弥补TQI在波长及幅值管理方面的缺陷,可以准确有效地对轨道质量进行评价.     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

接触行为对颗粒材料中应力波波速与能量的影响

采用离散单元法,研究线弹性接触模型、Hertz接触模型、线性平行粘结模型对不同排列颗粒材料中波传播的影响,分析了三种接触模型下波的波速变化和能量变化,同时也研究了弹性模量对颗粒材料中波传播的影响.最后对颗粒材料样本采用Hertz接触模型,探究了不同围压条件下颗粒材料中波的波速变化和能量衰减.研究结果表明:不同接触模型下波传播的波速和能量衰减率不同;当颗粒样本从规则排列到随机排列,波传播的波速变小,能量衰减率变大;随着颗粒弹性模量的增大,波速呈对数增大;在波传播过程中能量快速耗散,随着围压的增大,波速和能量衰减率都增大.     

加热平板表面温度分层产生的湍流逆转捩现象

针对加热平板表面密度分层结构中的逆转捩现象,在二元风洞中进行了系统的实验研究。对局部加热的水平平板下表面边界层内的时均速度的演化规律进行了详细的测量,同时对速度脉动信号以及速度能谱进行了分析,并对边界层内的波动特性进行了研究。这些参数体现了边界层逆转捩过程中流动特性的变化规律,揭示了密度分层结构中逆转捩现象发生的机制。在实验中对比了局部加热平板表面的边界层与无温度梯度情况下自然形成的湍流边界层的特性。发现在加热的情况下,边界层的形状因子由1.5上升至2.6;时均速度廓线中的平衡湍流层消失;以及速度能谱中惯性子区消失等变化。在实验中还发现加热平板表面速度信号中出现了间歇现象。实验结果表明板面附近的流动已由湍流流动转变为层流流动,同时平板表面的摩擦系数较没有温度梯度时有大幅度下降,不仅证明了边界层逆转捩现象的存在,也说明了这种条件起到了减阻的效果。     

元胞自动机FI交通流模型的能耗研究

在周期边界条件下,通过引入确定(随机)减速过程中动能减少的车辆分布,研究单一交通流元胞自动机Fukui-Ishibashi模型(FI模型)的能耗问题.研究发现,FI交通流模型的能耗在最大流量处发生不连续的变化,急剧减少趋近零,其左右各存在交通能耗极大值.在最大流量处,确定(随机)减速过程中动能减少的车辆分布最小,交通能耗随着车辆最大速度的增大,车辆长度的增长和随机减速概率的增大而增加.     

水平分层/雾化流中相间滑移特性的理论研究

通过对水平分层／雾化流中液滴和其携带流体间交互作用的分析，提出了一个预测水平分层／雾化流中轴向液滴速度分布以及弥散相和连续相之间相对滑移的理论模型，通过计算获得了两相速度参数及相对滑移参数。计算与实验结果表明：无论是从液滴轴向速度分布变化趋势的定性分析，还是从与实验数据的定量比较来看，建立的模型都是合理的。液滴速度与气相速度分布不同，在垂直方向上液滴的轴向速度近乎呈线性分布。油／气两相流动时气核中液滴与气相的平均滑移比约为0．7。