对于密闭火车加速时有风的探索

      近期,我在坐火车时有一个发现。我坐在火车中间地带,每次加速时,面朝火车方向有风吹来。以下为理解。

     *以下火车指的是高铁,高铁是密封的,可以想成一个装满空气的密闭长方体。

pic

    假定火车有一个向左的加速度,因为空气是有压缩性的流体,在整体受加速度影响是,压力会不平衡,空气分子会运动。如图,火车刚开始加速时,空气1的密度小于空气2的密度,空气分子整体向右运动。所以列车中间有加速度相反方向的风。(火车与地铁不同,是密封的)

   把这个火车模型推广一下,用弹簧解释火车中的空气运动情况。

pic

 一个两端固定的弹簧,受到向左的加速度。(考虑弹簧惯性)(加速度保持一段时间)

运动初期左边疏,右边密。

第二阶段左边疏,右边密。但程度没有第一阶段大。

第三阶段加速度消失,弹簧做振动,趋于平衡。


——————————————————————————————————————————————————如有问题,望指正。

欢迎各位讨论。 


来自 物理,科创茶话
1
2019-2-11 12:48:51
1楼

可以做一些实验来旁证。比如选两个人,手执灵敏的气压计,分别坐在车的头尾,然后对火车运行时的气压进行记录。最后将数据导出,做出曲线,观察气压随火车加减速的变化趋势。

更进一步的,可以把车中央风速曲线和车两端气压曲线做数学运算,相互对照,看是否符合(比如看风速对时间的积分,计算气体移动量,看是否与气压变化相符)。

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苦难成人(作者)
2楼
引用:量子隧道 发表于1 楼的内容:
可以做一些实验来旁证。比如选两个人,手执灵敏的气压计,分别坐在车的头尾,然后对火车运行时的气压进行记.....

是的,正打算验证。

但有其他因素的干扰,比如,空调,车厢间的不规则性。

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3楼

需要确认是否为空调系统影响

高速列车加速度还不至于达到产生人可以感受到的气流

如果是地铁,地铁隧道为封闭空间,运行中的列车会压缩前方的空气,而车厢内部为低压。地铁列车换气就是利用了这个

但是此现象在匀速运行的情况下会发生,地铁列车车厢并非密闭

高速列车视型号会配备车厢正压系统,以减轻进出隧道时的耳鸣

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4楼

ANSYS CFX了解一下

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苦难成人(作者)
5楼
引用:20!Dopaminor 发表于4 楼的内容:
ANSYS CFX了解一下

多物理场仿真是不错,但资金短缺。


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苦难成人(作者)
6楼

COMSOL的应用好像更多。


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7楼

估算了下,按照百度找到的数据,一般来说,8节车厢的高铁列车总长约200米多,起步的加速度在0.1m/s^2的量级,大概能在车头和车尾产生50pa的压强差,假如车厢完全密封的话,似乎在列车中部能引起的气体位移(假设匀加速且完全平衡后)只有不足1m的级别。。

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2019-2-12 03:53:44
8楼

我发现似乎在过隧道时现象会更明显

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苦难成人(作者)
9楼
引用:170050051624 发表于8 楼的内容:
我发现似乎在过隧道时现象会更明显

过隧道的增压是不同的。


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2019-5-8 07:53:32
2019-5-8 07:53:32
10楼

自行百度气体分子的玻尔兹曼分布律即可,应该是统计力学里的。

水平没有加速度时气体分子均匀分布,有加速度后,在车这个参考系中出现了惯性力,按照惯性力场势能,气体会重新分布,重新分布的过程中会产生“风”。

当然要是空调之类的原因不在讨论范围了

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2019-5-9 19:27:25
2019-5-9 19:27:25
11楼

机车行进中.即使能够做到绝对密封,但是车身,人员,等受到重力而产生的形变和人位移一样也会产生空气流动.所以我想你感受到的风应该是来自这些.当然密封也不可能绝对不透气,也会产生气流.

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