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Hyperloop节省能耗多少?

(2018-09-25 11:51:57)
标签:

hyperloop

埃隆马斯克

分类: 物理Engineer
Hyperloop节省能耗多少?

今天绿色出行,全程公交车往返。大喵问小喵省掉的油费和停车费是多少?

如百公里12个油计算,全程往返30公里耗油3.6升约为23元,公交卡3人往返12元,另加上10元停车费,共计节省21元。

小编:矮油妈呀,每月多坐几趟公交省出一袋奶粉钱


小喵自告奋勇,继续比较电动车和汽油动力的轿车车的测算,耗油按城市和高速路平均水平计:

一度电多少元  0.6

一升油多少元  6.48

一度电能跑多久  5km

一升油能跑多久  15km

特斯拉车需要多少度电充满电  100度

轿车加满油多少升油    46.2

特斯拉:可以跑500km  需要花60元

轿车:可以跑690km    需要花300元


等价模式1:

1:可以跑2500km  需要花300元  特斯拉

2.可以跑690km    需要花300元  轿车

等价模式2:

1:可以跑500km  需要花60元  特斯拉

2.可以跑138km  需要花60元  轿车


今天的话题也就从编程转为物理。选了一个能源节省的任务,Hyperloop 是钢铁侠埃隆马斯克付诸实施的一个超级高速铁路项目。有人提出一个有趣的问题:


  1. 真空的隧道需要抽掉空气,抽真空需要耗费多少能量?

  2. 需要跑多少趟火车节省出的能量能够抵消上述能量消耗?


快速城市间运输的最新建议是Hyperloop 超级铁路环线,在2012由Eon Mask推广。埃隆马斯克这个想法是通过一个从城市到城市运行的部分真空管将人运送到漂浮的吊舱内。广告宣传的好处之一是它的高速(接近声音的速度)以及利用太阳能为超级环路供电的潜力。

在管子内部,舱内的空气减少到0.1 kpa,压力约为海平面气压的1/1000。由于疏散的隧道和用于提升和推进列车的磁悬浮,维持列车的巡航速度对抗阻力所需的能量非常低。

然而,这需要一个最大的能量消耗,即抽真空需要消耗能量,尤其是一个足够长的适合隧道的长隧道。
问题是与一列同等条件的露天(即不在真空管道内)的高速列车比较,
大约需要多少次单程行程才能收回抽真空的初始能量消耗?

合理数据:
吊舱和超环管有一个空气密度的半径2.5米,
从洛杉矶到旧金山的距离:600km
列车的阻力系数:0.15
空气密度是:1.22kg/m3
Hyperloop节省能耗多少?

计算过程:

超环管保持部分真空状态。设想抽空一个600km长的“针筒”,需要做多少功,空气压力差与针筒拉动的距离有关,做功的大小为:F×S (F是随距离变大而线性变小的力,坐标轴看是一条直线,计算斜率即可)

稀释空气需要做功计算公式  一公斤力每平方厘米就=(9.8/0.0001)Pa=0.098MPa   
1MPa=10公斤力=10㎏/c㎡

dpa = ds × h/h+ds      1 --  0.1kPa  1/1000 大气压
V = 600×1000×2.5     pi×250×250 =196349.5
pi×2.5×2.5=196349.5 
做功:576,690,262,470.0
math.pi * 250*250,(196349.5*(1-0.001)/2)*600*1000*9.8)
196349.5, 576690262470.0

CD = 0.15 风阻系数   空气密度 1.22kg/m3
风阻系数=正面风阻力×2÷(空气密度×车头正面投影面积×车速平方)

正面风阻力 = 0.15 × 1.22 × 19.63495× 150 × 150 /2 =
air force: 40423.45
风阻真空:40,42345 *   9.8 *  600*1000 = 

print( 4042345 *(1-0.001)* 9.8 * 600*1000)
print((196349.5*(1-0.001)/2)*  600*1000*9.8)
 
'rate =', 0.02428658365379501

大概需要 50趟单程节省的能耗,可以抵消隧道抽真空耗费的能量

另外有一个话题留待下次再说。抽真空需要做功与压缩空气释放能量,两者计算是否相同?

1立方米10MPa的压缩空气完全释放出来放出的能量能否如下计算:
1,空气朝一个方向膨胀,膨胀到无能量时为100米长。
2,压力和膨胀体积成反比(也就是膨胀的距离成反比)P=100/L
从1到100积分
做功=∫(10MPa/L)*dL=ln100-ln1=4.6*10MPa=1.27KW*h



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